In de tijd dat mensen dachten dat de aarde plat was, was het ketterij om aan te nemen dat een lange reis in een rechte lijn je uiteindelijk terug zou leiden naar je startpunt. Maar het is waar: loop, vlieg, zwem 40.000 kilometer in één richting en je bent weer terug bij het begin. En dan vraag je je af: is het mogelijk om dezelfde truc in de ruimte te doen? Als je een raket neemt die snel en lang genoeg kan vliegen zonder in botsing te komen met verre sterren of sterrenstelsels, kun je dan terugkeren naar je vertrekpunt?
Op het eerste gezicht lijkt dit misschien gek, maar in werkelijkheid is het dat niet. Je zou kunnen denken dat het universum oneindig is en voor altijd in alle richtingen doorgaat, maar we hebben bewijs dat de vorm en grootte van het universum vrij eindig is. Ten eerste zijn er slechts 13,8 miljard jaar verstreken sinds de oerknal, en we kunnen de hoeveelheid ruimte waarnemen die licht in 13,8 miljard jaar heeft bezocht, waarbij elk bezocht punt wordt benadrukt. Ten tweede zijn er honderden miljarden sterrenstelsels die in het verleden jonger waren, en hoe verder we in het verleden kijken, hoe duidelijker dit wordt. Zou het kunnen dat een (of meer) van deze sterrenstelsels de jeugdige versie is van de Melkweg waarin we zijn opgegroeid? Ten slotte, net zoals de aarde twee dimensies heeft waarin we erop kunnen bewegen (van noord naar zuid en van west naar oost, maar niet van boven naar beneden),kan het universum een multidimensionale structuur zijn (hypersphere of hypertor), waarin vele dimensies gesloten en beperkt zijn, in zichzelf verdraaien?
Als dat zo is, zou je, als je lang genoeg in een rechte lijn liep, uiteindelijk terugkomen op waar je begon. En als je onsterfelijk was, zou je op een dag misschien de achterkant van je eigen hoofd kunnen zien door een hele tijd te kijken, omdat je ogen uiteindelijk licht zullen zien weerkaatst door je eigen achterkant van het hoofd. Als het universum er echt is, hoe weten we dat dan zeker?
Om dit te doen, moeten we naar het universum op zijn grootste schaal kijken en plaatsen vinden waar het in alle richtingen dezelfde eigenschappen heeft. Een eindig en wervelend universum zou betekenen dat dezelfde structuren keer op keer verschijnen. Hoewel het grootste deel van het universum moeilijk te definiëren zal zijn als wervelend, aangezien de beperkte lichtsnelheid betekent dat we dezelfde objecten in verschillende stadia van hun evolutie zullen zien (zoals de jongere Melkweg), zullen er altijd objecten zijn die zich in hetzelfde stadium van evolutie zullen bevinden in verschillende plaatsen. De grootschalige structuur van het heelal laat dergelijke structuren niet zien, maar we hebben een nog betere plek om te kijken: de kosmische microgolfachtergrond.
De fluctuaties van de Big Bang-nagloeiing hebben zeer specifieke herhalende patronen, maar laten ook een willekeurige verdeling van deze patronen zien. Er zijn veel algoritmen ontwikkeld om te zoeken naar repetitieve niet-willekeurige signalen in de correlaties van fluctuaties in verschillende delen van de lucht. Als het universum eindig en verwrongen was - als delen ervan elders zouden worden herhaald - zou het worden weerspiegeld in de kosmische microgolfachtergrond.
Promotie video:
Maar de afwezigheid van waargenomen herhalende structuren betekent niet dat het universum dit type topologie niet heeft. Dit betekent dat als het Universum zichzelf herhaalt, een gesloten hypersurface voorstelt, en we theoretisch op hetzelfde punt kunnen zijn en lange tijd in een rechte lijn kunnen bewegen, maar dit zal merkbaar zijn op schalen die groter zijn dan het deel dat we waarnemen. En aangezien we beperkt zijn door de afstand die licht heeft afgelegd in 13,8 miljard jaar, is zo'n scenario heel goed mogelijk.
Maar er is één ding.
Hoe technisch geavanceerd we ook zijn, op een dag in de toekomst, zolang we beperkt worden door de snelheid van het licht, zullen we nooit weten of het universum zich echt zo gedraagt. Dankzij donkere energie en de versnelde uitdijing van het universum is het fysiek onmogelijk om zelfs de rand van het huidige waarneembare universum te bereiken; we kunnen maximaal een derde van deze weg dekken. Als het universum zich niet herhaalt op schalen die minder dan 15 miljard lichtjaar moderne diameter hebben, zullen we nooit meer terugkeren naar het punt waar we begonnen in een rechte lijn.
Maar dit betekent niet dat het universum niet kan worden gesloten, eindig en in een hypersfeer kan worden gedraaid. Dit betekent dat de expansie van het heelal - versnelde expansie - ons verhindert 'de wereld rond te reizen' in het heelal. Door een combinatie van factoren zoals:
- het laatste tijdperk van het heelal;
- de uiteindelijke lichtsnelheid;
- uitbreiding van het heelal;
- en de aanwezigheid van donkere energie, we zullen misschien nooit weten of ons heelal oneindig is of niet, en wat zijn ware topologie is.
Alles wat we kunnen zien, is het deel dat ons ter beschikking staat en waarmee we limieten kunnen stellen aan de mogelijke topologie van het universum. Voor zover we kunnen nagaan, is het vlak, niet-herhalend en mogelijk, maar niet noodzakelijk, oneindig. Misschien, naarmate de tijd verstrijkt, wanneer het universum zich meer en meer voor ons opent, zullen onze metingen van de kromming steeds nauwkeuriger worden en ons een nieuwe waarheid onthullen. Ondanks het feit dat we ernstig beperkt zijn in ons waarnemingsvermogen, kunnen er buiten de kosmische horizon nieuwe, nog onbekende kansen zijn.
ILYA KHEL
