Površina Zemlje ima mjerljivu veličinu. Znamo joj opseg, znamo da se ne rasteže i ne širi. Ta nam dobro poznata analogija često pomaže kada pokušavamo shvatiti što bi se moglo nalaziti izvan našega vidljivog kozmičkog obzora, piše Universe Today.
Najbolja pretpostavka koju imamo glasi da se iza granice vidljivog svemira jednostavno nastavlja isto ono što vidimo i ovdje: još zvijezda, još galaksija i još stvari koje nikada nećemo izravno opaziti. Kao što pretpostavljamo da se izvan našeg horizonta na Zemlji nalazi samo još Zemlje.
Koliki je svemir u cjelini, uključujući sve što nikada nećemo moći vidjeti? Vrlo vjerojatno nikada nećemo saznati. Vidljiva granica nije samo granica pogleda nego i znanja. Postoji konačna količina informacija koja nam može stići, pa čak i u beskonačno dalekoj budućnosti. Možemo samo pretpostavljati.
Jedna je mogućnost da je svemir uistinu beskonačan i da se proteže bez kraja. Druga je mogućnost da je konačan, ali bez ruba, objašnjava Paul Sutter. To zvuči čudno, no površina Zemlje nam opet služi kao podsjetnik: 2D površina kugle ima konačnu površinu i nema rub, iako je sama kugla uronjena u treću dimenziju.
Znamo da je Zemljina površina zakrivljena jer se to može izravno izmjeriti. Matematika nam pri tome nudi vrlo jednostavne testove. Primjerice, u ravnini se zbroj kutova u trokutu uvijek svodi na 180 stupnjeva. No ako povežemo tri udaljena grada i izračunamo kutove tog golemog trokuta, dobit ćemo malo veći zbroj. Razlika ne nastaje zato što smo pogriješili u mjerenju nego zato što pod nama nije ravna ploha nego zakrivljena kugla.
Drugi jednostavan test uključuje paralelne pravce. U ravnini se oni nikada ne sijeku, dok se na zakrivljenoj površini nužno približavaju. Krenemo li s ekvatora prema sjeveru u savršeno ravnoj liniji, i mi i naš zamišljeni paralelni suputnik završit ćemo na istom mjestu, na Sjevernom polu. Susret ne nastaje zato što smo promijenili smjer nego zato što se Zemlja zakrivljuje ispod nas, objašnjava Sutter.
Mjerenje geometrije svemira
Isti pristup koristimo u kozmologiji. Promatramo svjetlost iz najranije faze svemira, iz razdoblja kada se vruća plazma ohladila i oslobodila zračenje koje danas poznajemo kao kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje, CMB. Fizika te plazme dobro je poznata i prema izračunima trebale bi postojati sitne temperaturne razlike na nebu. I postoje.
Isto tako možemo izračunati kolike bi te strukture trebale biti. Ako je svemir zakrivljen, njihove bi se putanje savile tijekom milijardi godina putovanja. Usporedimo li očekivanu veličinu s opaženom, možemo procijeniti geometriju. Sutter kaže da je poklapanje gotovo savršeno. I zato kažemo da je svemir ravan. No znači li to da je i beskonačan? Ne nužno.
Kada bismo pokušali odrediti zakrivljenost Zemlje unutar vlastite četvrti, ne bismo vidjeli ništa. Testovi s trokutima i paralelnim pravcima funkcioniraju tek na vrlo velikim razmjerima. Isto vrijedi i za svemir. Možemo mjeriti samo unutar dijela koji nam je vidljiv, a u toj nam dostupnoj zoni prostor izgleda savršeno ravan.
Moguće je da se zakrivljenost pojavljuje tek na mnogo većim razmjerima. Moguće je i da se prostor vraća sam u sebe, kao na površini kugle. Teoretski, putujući dovoljno dugo u jednom smjeru, vratili bismo se na polazište, ali u stvarnosti nikada ne možemo prijeći kozmički horizont koji se zbog širenja udaljava brže nego što mi možemo putovati.
Topologija je posebna priča
Najneobičniji dio dolazi tek sada, kaže Sutter. Svemir može biti geometrijski ravan i istodobno topološki zakrivljen. Ako uzmete ravni list papira, nacrtate trokute i paralelne crte, pa ga savijete u cilindar, ni trokuti ni paralelni pravci ne gube svoja svojstva. Geometrija ostaje ravna iako se jedna dimenzija zatvorila sama u sebe.
To je razlika između geometrije i topologije. Geometrija svemira izgleda ravna, no jedna ili više dimenzija mogu biti zatvorene. Poznati primjeri su cilindar, torus, Möbiusova vrpca i Kleinova boca. Sve te strukture su geometrijski ravne.
U tri dimenzije poznato je 17 topologija koje ostaju geometrijski ravne. Jedna od najupečatljivijih je prostor Hantzsche–Wendt koji uključuje heksagonalne uzorke koji se ponavljaju.
Znanstvenici su aktivno tražili tragove takvih zatvorenih topologija. Pretraživali smo CMB u potrazi za ponavljajućim uzorcima i tražili galaksije koje bi se pojavljivale na suprotnim dijelovima neba. Za sada sve upućuje na to da je svemir ravan i jednostavan, bez dimenzija koje se omataju same oko sebe. No granica našeg opažanja ostaje konačna i možda nikada nećemo znati konačan odgovor.
A pritom se nismo ni dotaknuli ideje multiverzuma u kojem je naš svemir tek jedan zaseban kozmološki prostor u golemom sklopu drugih prostora koji se šire, međusobno udaljavaju i, prema nekim modelima, stvaraju nove velike praskove u zonama između njih.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
