Σχήμα του σύμπαντος

Το σχήμα του Σύμπαντος δεν μπορεί να συζητηθεί με καθημερινούς όρους, διότι όλοι οι όροι πρέπει να είναι αυτοί της Αϊνστάιν σχετικότητας. Η γεωμετρία του σύμπαντος δεν είναι επομένως η συνηθισμένη ευκλείδεια γεωμετρία της καθημερινής μας ζωής.

Σύμφωνα με την ειδική θεωρία της σχετικότητας, είναι αδύνατο να πούμε αν δύο διαφορετικά γεγονότα συμβαίνουν την ίδια χρονική στιγμή, αν τα γεγονότα αυτά διαχωρίζονται στο χώρο. Το να μιλάμε για "το σχήμα του σύμπαντος (σε μια χρονική στιγμή)" είναι αφελές από την άποψη της ειδικής σχετικότητας. Λόγω της σχετικότητας του συγχρονισμού δεν μπορούμε να μιλάμε για διαφορετικά σημεία στο χώρο που βρίσκονται "στο ίδιο χρονικό σημείο" ούτε, επομένως, για "το σχήμα του σύμπαντος σε ένα χρονικό σημείο".

Αυτό που κάνουν οι αστροφυσικοί είναι να ρωτούν αν ένα συγκεκριμένο μοντέλο του σύμπαντος είναι συνεπές με όσα είναι γνωστά μέσω των παρατηρήσεων και των μετρήσεων του σύμπαντος. Αν το παρατηρήσιμο σύμπαν είναι μικρότερο από ολόκληρο το σύμπαν (σε ορισμένα μοντέλα είναι πολλές τάξεις μεγέθους μικρότερο ή ακόμη και απειροελάχιστο), η παρατήρηση περιορίζεται σε ένα μέρος του συνόλου.

Η εξέταση του σχήματος του σύμπαντος μπορεί να χωριστεί σε δύο μέρη:

τοπική γεωμετρία, η οποία σχετίζεται κυρίως με την καμπυλότητα του σύμπαντος, ιδίως στο παρατηρήσιμο σύμπαν, και
την παγκόσμια γεωμετρία, η οποία σχετίζεται με την τοπολογία του σύμπαντος στο σύνολό του, η μέτρηση της οποίας μπορεί να μην είναι δυνατή.

Το παρατηρήσιμο σύμπαν είναι η βάση για τη δοκιμή οποιουδήποτε μοντέλου του σύμπαντος. Είναι ένας σφαιρικός όγκος (μια σφαίρα) με κέντρο τον παρατηρητή, ανεξάρτητα από το σχήμα του σύμπαντος στο σύνολό του. Κάθε θέση στο σύμπαν έχει το δικό της παρατηρήσιμο σύμπαν, το οποίο μπορεί να επικαλύπτεται ή να μην επικαλύπτεται με αυτό που έχει κέντρο τη Γη.

Πρόσφατες μετρήσεις οδήγησαν τη NASA να δηλώσει: "Γνωρίζουμε τώρα ότι το σύμπαν είναι επίπεδο με περιθώριο σφάλματος μόνο 0,4%". Στο πλαίσιο ενός μοντέλου, του μοντέλου FLRW, το σημερινό πιο δημοφιλές σχήμα του Σύμπαντος που βρέθηκε να ταιριάζει με τα παρατηρησιακά δεδομένα είναι το άπειρο επίπεδο μοντέλο. Υπάρχουν και άλλα μοντέλα που επίσης ταιριάζουν με τα δεδομένα.

Οπτικοποίηση του τρισδιάστατου παρατηρήσιμου σύμπαντος των 93 δισεκατομμυρίων ετών φωτός ή 28 δισεκατομμυρίων parsec. Η κλίμακα είναι τέτοια που οι λεπτοί κόκκοι αντιπροσωπεύουν συλλογές μεγάλου αριθμού υπερσμήνους. Το υπερσμήνος της Παρθένου - το σπίτι του Γαλαξία μας - σημειώνεται στο κέντρο, αλλά είναι πολύ μικρό για να φαίνεται στην εικόνα.

Ερωτήσεις και απαντήσεις

Ερ: Ποιο είναι το σχήμα του σύμπαντος σύμφωνα με τις τρέχουσες παρατηρήσεις;

A: Σύμφωνα με πρόσφατες μετρήσεις, η NASA έχει δηλώσει ότι το σύμπαν είναι επίπεδο με περιθώριο σφάλματος μόλις 0,4%.

Ερ: Πώς επηρεάζει η ειδική σχετικότητα την κατανόηση του σχήματος του σύμπαντος;

Α: Λόγω της σχετικότητας του συγχρονισμού, είναι αδύνατο να πούμε αν δύο διαφορετικά γεγονότα συμβαίνουν την ίδια στιγμή, αν τα γεγονότα αυτά απέχουν μεταξύ τους στο χώρο. Αυτό σημαίνει ότι δεν μπορούμε να μιλάμε για διαφορετικά σημεία στο χώρο ως "στο ίδιο χρονικό σημείο" ούτε, επομένως, για "το σχήμα του σύμπαντος σε ένα χρονικό σημείο".

Ερ: Τι είδους γεωμετρία χρησιμοποιούν οι αστροφυσικοί όταν συζητούν για το σχήμα του Σύμπαντος;

Α: Οι αστροφυσικοί χρησιμοποιούν τη σχετικότητα του Αϊνστάιν όταν συζητούν και δοκιμάζουν μοντέλα για την περιγραφή και την πρόβλεψη πτυχών σχετικά με το Σύμπαν. Εξετάζουν επίσης την τοπική γεωμετρία που σχετίζεται ιδιαίτερα με την καμπυλότητα και την παγκόσμια γεωμετρία που σχετίζεται με την τοπολογία.

Ερώτηση: Είναι κάθε θέση στο Σύμπαν μέρος ενός παρατηρήσιμου σύμπαντος;

Α: Ναι, κάθε θέση στο Σύμπαν έχει το δικό της παρατηρήσιμο σύμπαν, το οποίο μπορεί να επικαλύπτεται ή να μην επικαλύπτεται με το σύμπαν με κέντρο τη Γη.

Ερ: Τι εννοείται με τον όρο "επίπεδο" όταν αναφερόμαστε σε ένα μοντέλο περιγραφής/πρόβλεψης πτυχών του Σύμπαντος;

Α: Μέσα σε ένα μοντέλο, που ονομάζεται FLRW (Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker), το "επίπεδο" αναφέρεται σε ένα άπειρο επίπεδο μοντέλο που βρέθηκε να ταιριάζει καλύτερα με τα παρατηρησιακά δεδομένα. Σημαίνει ότι ο χώρος εμφανίζεται ομοιόμορφος όπου κι αν κοιτάξετε και δεν υπάρχουν καμπύλες ή στροφές στο συγκεκριμένο μοντέλο.

Ερ: Υπάρχουν άλλα μοντέλα που ταιριάζουν με τα παρατηρησιακά δεδομένα εκτός από το άπειρο επίπεδο μοντέλο του FLRW;

Α: Ναι, υπάρχουν και άλλα μοντέλα που επίσης ταιριάζουν με τα παρατηρησιακά δεδομένα εκτός από το άπειρο επίπεδο μοντέλο του FLRW.