Apa yang kita fikir kita tahu tentang bentuk alam semesta boleh salah. Daripada rata seperti sarung katil, alam semesta kita mungkin melengkung, seperti belon besar-besaran, menurut kajian baru.
Itu adalah satu kertas baru yang diterbitkan hari ini (4 Nov) dalam jurnal Nature Astronomy, yang melihat data dari latar gelombang mikro kosmik (CMB), echo pengsan Big Bang. Tetapi tidak semua orang yakin; penemuan baru, berdasarkan data yang dikeluarkan pada tahun 2018, bertentangan dengan kedua-dua tahun kebijaksanaan konvensional dan satu lagi kajian terbaru berdasarkan set data CMB yang sama.
Jika alam semesta melengkung, menurut kertas baru, ia melengkung perlahan-lahan. Itu lenturan perlahan tidak penting untuk bergerak di sekitar kehidupan kita, atau sistem suria, atau bahkan galaksi kita. Tetapi perjalanan di luar semua itu, di luar kejiranan galaksi kami, jauh ke dalam kegelapan yang dalam, dan akhirnya - bergerak dalam garis lurus - anda akan gelung dan berakhir di belakang tempat anda bermula. Ahli kosmologi memanggil idea ini "alam semesta tertutup." Sudah lama, tetapi tidak sesuai dengan teori sedia ada tentang bagaimana alam semesta berfungsi. Oleh itu, sebahagian besarnya telah ditolak memihak kepada "alam semesta datar" yang meluas tanpa sempadan dalam setiap arah dan tidak mengelilingi dirinya sendiri. Kini, anomali dalam data dari ukuran terbaik CMB menawarkan bukti yang solid (tetapi tidak benar-benar konklusif) bahawa alam semesta ditutup selepas semua, menurut pengarang: Cosmolog University of Manchester Eleonora Di Valentino, ahli sains Sapienza University of Rome Alessandro Melchiorri dan ahli kosmologi Universiti Johns Hopkins Joseph Silk.
Perbezaan di antara alam semesta yang tertutup dan terbuka sedikit seperti perbezaan di antara lembaran rata yang terbentang dan belon yang melambung, Melchiorri memberitahu Live Science. Dalam kedua-dua kes, segala-galanya berkembang. Apabila kunci mengembang, setiap titik bergerak dari setiap titik lain dalam garis lurus. Apabila belon melambung, setiap titik di permukaannya semakin jauh dari setiap titik lain, tetapi lengkungan balon membuat geometri pergerakan itu lebih rumit.
"Ini bermakna, contohnya, jika anda mempunyai dua foton dan mereka bergerak selari dengan alam semesta tertutup, mereka akan bertemu," kata Melchiorri.
Di alam semesta terbuka, foton, yang tidak terganggu, akan mengembara sepanjang kursus selari mereka tanpa pernah berinteraksi.
Model konvensional inflasi semesta, Melchiorri berkata, bahawa alam semesta harus datar. Rewind pengembangan ruang sepanjang jalan ke permulaan, untuk 0.000000000000000000000000001 saat pertama selepas Big Bang, mengikut model itu, dan anda akan melihat masa yang luar biasa, pengembangan eksponen sebagai ruang tumbuh dari titik yang kecil itu di mana ia bermula. Dan fizik pembesaran superfast itu ke alam semesta yang rata. Inilah sebab pertama kebanyakan pakar percaya bahawa alam semesta adalah rata, katanya. Sekiranya alam semesta tidak rata, anda perlu "menyempurnakan" fizik mekanisme primordial untuk menjadikannya semua sesuai bersama - dan mengulangi pengiraan lain yang tidak terhingga dalam proses itu, kata Melchiorri.
Tetapi itu mungkin diperlukan, penulis menulis dalam kajian baru.
Itu kerana ada anomali di CMB. CMB adalah perkara tertua yang kita lihat di alam semesta, yang terbuat dari cahaya gelombang mikro ambien yang meresap semua ruang apabila anda menyekat bintang-bintang dan galaksi dan gangguan lain. Ini adalah salah satu daripada sumber data yang paling penting mengenai sejarah dan tingkah laku alam semesta, kerana ia sangat tua dan begitu tersebar di seluruh ruang. Dan ternyata, menurut data terkini, terdapat lebih banyak "lensa graviti" daripada CMB daripada yang dijangkakan - yang bermaksud bahawa graviti nampaknya membongkok gelombang mikro CMB lebih daripada fizik yang sedia ada dapat dijelaskan.
Data yang dihasilkan oleh pasukan itu datang dari pelepasan 2018 dari percubaan Planck - sebuah eksperimen Badan Agensi Angkasa Eropah (ESA) untuk memetakan CMB secara lebih terperinci daripada sebelumnya. (Data baru akan diterbitkan dalam edisi Astronomi & Astrofizik jurnal yang akan datang dan kini boleh didapati di laman web ESA. Kedua-dua Di Valentino dan Melchiorri adalah sebahagian daripada usaha itu juga.)
Untuk menjelaskan bahawa lensa tambahan, Kolaborasi Planck hanya ditangani pada pembolehubah tambahan, yang saintis memanggil "A_lens," kepada model kumpulan pembentukan alam semesta, "Ini adalah sesuatu yang anda letakkan di sana dengan tangan, cuba menjelaskan apa anda tidak mempunyai hubungan dengan fizik, "kata Melchiorri, yang bermaksud tidak ada parameter A_lens dalam teori relativiti Einstein. "Apa yang kami dapati ialah anda dapat menerangkan A_lens dengan alam semesta yang positif melengkung, yang merupakan tafsiran yang lebih fizikal yang anda dapat menerangkan dengan relativiti umum."
Melchiorri menegaskan bahawa tafsiran pasukannya tidak konklusif. Menurut pengiraan kumpulan, titik data Planck ke alam semesta tertutup dengan sisihan piawai 3.5 sigma (pengukuran statistik yang bermakna 99.8% keyakinan bahawa hasilnya bukan disebabkan oleh peluang rawak). Itu cukup pendek dari 5 ahli fizik standard sigma biasanya mencari sebelum memanggil idea disahkan.
Tetapi beberapa ahli kosmologi mengatakan terdapat lebih banyak sebab untuk menjadi ragu-ragu.
Andrei Linde, seorang ahli kosmologi di Stanford University, memberitahu Live Science bahawa kertas Astronomi Alam gagal untuk mengambil kira satu lagi kertas penting yang diterbitkan ke pangkalan data arXiv pada 1 Oktober. (Kertas itu belum lagi diterbitkan dalam jurnal yang disemak semula rakan sebaya. )
Dalam makalah itu, ahli kosmologi University of Cambridge, George Efstathiou dan Steven Gratton, yang kedua-duanya juga bekerja di Kolaborasi Planck, melihat subset data sempit daripada kertas Astronomi Alam. Analisis mereka juga menyokong alam semesta melengkung, tetapi dengan keyakinan statistik kurang daripada Di Valentino, Melchiorri dan Silk didapati melihat segmen yang lebih besar dari data Planck. Walau bagaimanapun, apabila Efstathiou dan Graton memandang data bersama-sama dengan dua set data sedia ada dari alam semesta awal, mereka mendapati secara keseluruhan, bukti menunjukkan ke arah alam semesta yang rata.
Ditanya mengenai kertas Efstathiou dan Gratton, Melchiorri memuji rawatan yang berhati-hati terhadap pekerjaan itu. Tetapi dia berkata analisis kedua-duanya bergantung kepada segmen data Planck yang terlalu kecil. Dan beliau menegaskan bahawa penyelidikan mereka didasarkan pada versi Planck yang diubahsuai (dan, dalam teori, diperbaiki) - bukan set data awam yang lebih daripada 600 ahli fizik telah diperiksa.
Linde menunjuk kepada reanalisis sebagai tanda bahawa kertas Efstathiou dan Gratton didasarkan pada kaedah yang lebih baik.
Efstathiou meminta agar tidak disebut secara langsung, tetapi menunjukkan dalam e-mel kepada Live Science bahawa jika alam semesta telah melengkung, ia akan menimbulkan beberapa masalah - bertentangan dengan set data lain dari alam semesta awal dan membuat percanggahan dalam kadar yang diamati di universiti perkembangan lebih teruk. Gratton berkata dia bersetuju.
Melchiorri juga bersetuju bahawa model sarjana tertutup akan menimbulkan beberapa masalah untuk fizik.
"Saya tidak mahu mengatakan bahawa saya percaya pada alam semesta tertutup," katanya. "Saya sedikit lebih neutral, saya katakan, tunggu pada data dan apa data baru yang akan saya katakan. Apa yang saya percaya ialah terdapat perbezaan sekarang, kita perlu berhati-hati dan cuba mencari apa yang menghasilkan perbezaan ini. "
