Care este forma Universului?
Daca, ipotetic, s-ar porni dintr-un punct, mergand in linie dreapta, din ce in ce mai departe, nu se va putea ajunge niciodata la marginea Universului, ci s-ar ajunge de unde s-a pornit. Motivul este faptul ca Universul, adica spatiul, se curbeaza intr-un fel care ii permite sa fie fara limite, dar finit.
De fapt, nici macar nu se poate spune, in adevaratul sens al cuvantului, ca spatiul este in expansiune, asa cum afirma fizicianul Steven Weinberg, laureat al Premiului Nobel, “sistemele solare si galaxiile nu sunt in expansiune”, ci galaxiile se indeparteaza unele de altele in mare viteza. Si aceasta pentru ca “Universul nu este doar mai ciudat decat presupunem noi, el este mai ciudat decat putem noi presupune.”(J.B.S. Haladane, biolog)
Asa cum nu exista o margine a Universului, tot astfel, nu exista un centru al Universului, sau un centru al centrelor de unde a pornit totul.
Pentru pamanteni, Universul se intinde numai pana unde a calatorit lumina in miliardele de ani de cand s-a format Universul. Universul vizibil, cel care este cunoscut, are 1 milion de milioane de milioane de milioane (1024) de mile diametru. Dar metauniversul este cu mult mai vast. Conform astrofizicianului britanic, Martin Rees, numarul de ani lumina pana la marginea acestui Univers extins, nevazut, ar trebui scris cu milioane de zerouri!
Modelul Big Bang-ului se bazează pe două idei cheie de la inceputul secolului XX: Teoria relativităţii generale şi Principiul cosmologic.
Presupunand ca la scara mare materia este repartizata uniform in Univers, se poate folosi teoria relativităţii generale pentru a calcula efectele gravitaţionale corespunzătoare distributiei acestei materii. Deoarece gravitaţia este o proprietate a geometriei spaţiu-timp, in conformitate cu relativitatea generala, acest lucru este echivalent cu a calcula insasi dinamica spaţiu-timp.
Avand in vedere ipoteza conform careia materia este distribuită omogen şi izotrop (proprietăți fizice identice in toate direcțiile) in univers (Principiul cosmologic), se poate demonstra ca distorsiunea corespunzătoare tandemului spaţiu-timp (datorata efectelor gravitaţionale ale materiei), poate avea doar trei forme aşa cum se arată schematic in imaginea de mai jos:
– poate avea o curbură pozitiva, precum suprafaţa unui balon şi sa fie finit (Univers inchis)
– poate avea o curbură negativa ca o şa şi să se extindă la infinit (Univers deschis)
– poate avea curbura zero (sa fie plat) şi să se extindă la infinit (Univers plat)
Cele trei teorii privind forma Universului sunt: teoria Universului plat, teoria Universului inchis (sferic) şi teoria Universului deschis (in forma de şa).
Una dintre limitarile acestei imagini este faptul ca incearcă sa reprezinte bidimensional un spatiu care este tridimensional.
Inainte de a merge mai departe, este bine de facut cateva precizari:
– Intrucat Universul are o varsta finita (circa 13,7 miliarde de ani) se poate vedea doar la o distanţă finita in spaţiu: circa 13,7 miliarde de ani lumină. Modelul Big Bang nu incearcă să descrie zona de spaţiu dincolo de orizontul nostru, unde tandemul spaţiu-timp ar putea fi diferit.
– Este posibil ca Universul sa aiba o topologie globala mult mai complexa decat cea descrisa aici, avand in acelaşi timp aceeaşi curbură locala. De exemplu, ar putea lua forma unui tor.
Materia joacă un rol central in cosmologie. Se pare că densitatea medie a materiei determină geometria Universului (in limitele menţionate mai sus).
– Daca densitatea materiei este mai mică decat aşa-numita “densitate critică”, Universul este deschis şi infinit
– Daca densitatea depăşeşte densitatea critică, universul este inchis şi finit.
– Daca densitatea este egală cu densitatea critică, universul este plat şi, fara indoiala, infinit.
O valoare a densitatii critice foarte mica corespunde la aproximativ sase atomi de hidrogen pe metru cub (vid, dupa standardele terestre).
Una dintre intrebările cheie ale cosmologiei de astăzi este: care este densitatea medie a materiei in universul nostru? Răspunsul nu este inca cunoscut cu certitudine, dar pare a fi extrem de aproape de densitatea critică.
Scenarii posibile ale expansiunii (şi, posibil, ale contractiei) Universului:
Curba oranj de jos reprezinta un univers inchis, de mare densitate, care se extinde timp mai multe miliarde de ani, apoi, in final, se intoarce şi se prăbuşeşte sub propria greutate.
Curba verde reprezintă un univers plat, de densitatea critică, in care rata de expansiune incetineste continuu (curbele devin tot mai mult orizontale).
Curba albastra reprezinta un univers deschis, de densitate mica, a carui expansiune este, de asemenea, incetinita, dar nu la fel de mult ca in cazul primelor doua, intrucat atractia gravitationala nu este la fel de puternica.
Curba rosie reprezintă un univers in care o mare parte a materiei se afla intr-o formă numita “energie întunecată“, care determina expansiunea accelerata a Universului.
Exista tot mai multe dovezi că Universul nostru se indreapta spre un model reprezentat de curba roşie. Universul nostru se va extinde in eternitate, iar densitatea materiei din Cosmos va continua sa scada mereu.
© CCC