Jesu li prostor i vrijeme uvijeni poput krafne? Kozmolozi istražuju novu mogućnost

Još otkako je Albert Einstein pokazao da se prostor i vrijeme mogu udubiti, iskriviti i rastegnuti poput starog madraca u jeftinom motelu, kozmolozi su promatrali zvijezde i pitali se kojoj hrani naš Svemir najviše nalikuje po obliku. Je li Svemir oblikovan poput Pringle čipsa, savijajući se beskonačno prema gore i van? Možda je poput pizze? Ili je možda više nalik začinjenoj mesnoj okruglici, zakrivljenoj dok se ne spoji sa svih strana? Ili možda naš kozmos više nalikuje krafni koja formira zatvorene petlje u više dimenzija. Međunarodni tim kozmologa, okupljen u grupu nazvanu COMPACT Collaboration, nedavno je analizirao preostali sjaj Velikog praska i zaključio da ništa u tim uzorcima ne isključuje mogućnost takvog kozmičkog krajolika, ako se pravilno uvija.

Budući da izraz ‘uvijena kozmička krafna’ još nije službeni matematički termin, istraživači koriste pojam 3-torus kako bi opisali mogućnost da se sami sebi lupite po stražnjem dijelu glave štapom dugim nekoliko desetaka milijardi svjetlosnih godina, bez obzira na smjer u kojem stojite. Ok, to zvući čudno. Ali zamislite to na drugi način: naš Svemir mogao bi biti jedna velika karnevalska kuća strave, gdje se, umjesto niza ogledala, prostor-vrijeme savija u svim smjerovima, omogućujući vam – teoretski – da vidite vlastite stražnje džepove ako dovoljno zaškiljite. Ova intrigantna teorija ponavljala se kroz godine, potaknuta ne samo maštovitošću fizičara. Promatranje neobičnih, velikih struktura u svemiru može nam pomoći razumjeti osnovne fizikalne procese iz kojih je naš Svemir nastao — iz početnog stanja koje još uvijek pokušavamo u potpunosti shvatiti.

Početak kozmosa

Prije otprilike 13,8 milijardi godina, sve što možemo vidjeti (i sve što ne možemo vidjeti) bilo je nagurano u nevjerojatno mali prostor koji znanost još nije u stanju opisati. Opisivanje tih trenutaka zahtijeva kombinaciju kvantne fizike i opće relativnosti, koje još nismo potpuno savladali. Ono što možemo opisati su trenuci kada se prostor proširio i materijal unutar njega ohladio. U nekom trenutku, kozmos se dovoljno proširio da je dio elektromagnetskog zračenja mogao izbjeći gustu masu elektrona i nastajanje atomskih jezgara. Dio tih slobodnih fotona uspio je izbjeći sudare od tada, putujući dok se širenjem prostora svjetlost rastegnula u duge, hladne valove mikrovalnog zračenja.

Ovaj niskofrekventni ‘sjaj’ poznat je kao Kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje (na engl. Cosmic Microwave Background CMB). Mapiranje suptilnih varijacija u sjaju pozadinskog zračenja može nam dati grubu ideju o tome kako su izgledali rani trenuci širenja kozmosa. Iako je ovo korisno za neke modele, razmjeri i uzorci unutar karte uvelike ovise o obliku prostora, ostavljajući druge teorije otvorenima. Ako živimo unutar ogromne pizze, te fluktuacije trebale bi sve odražavati na istom razmjeru. Ako je Svemir u obliku Pringle čipsa, svjetlost bi se mogla savijati na način da čini varijacije manjima nego što se čine. Ako je oblikovan kao mesna okruglica, svjetlost bi se mogla napuhati. A ako je krafna? Kozmos bi bio topološki ravan, poput pizze, samo s ponavljajućim uzorcima koji bi mogli ukazivati na fenomene koji probijaju nove granice u našem traženju razumijevanja podrijetla svega. Nažalost, jasni znakovi ovih zatvorenih petlji prostora i vremena još uvijek nisu viđeni u kozmičkom mikrovalnom pozadinskom zračenju (CMB).

U svom novom znanstvenom radu, tim tvrdi da su neki egzotično oblikovani Svemiri, temeljeni na uvijenijim oblicima 3-torusa, još uvijek kompatibilni s pozadinskom zračenju. Dok obična krafna nailazi na probleme u određenim razmjerima, ne možemo tako lako odbaciti verzije torusa koje uvijaju svjetlost na način da uzorci iskrivljuju, ali zadržavaju korelaciju. Traženje tih korelacija moglo bi još otkriti egzotične značajke ukupnog oblika našeg Svemira, možda s uvijanjima i krivinama koje zahtijevaju novu fiziku za objašnjenje.