New results concerning the curvature of the Universe

Al bijna een eeuw stellen kosmologen één, schijnbaar eenvoudige vraag: wat is de vorm van het universum? Het antwoord hangt af van hoeveel materie en energie er in de kosmische leegte bestaat. Als de dichtheid precies goed is, is de ruimte vlak, als een eindeloze vel papier waar parallelle lijnen elkaar nooit ontmoeten en de hoeken van een reusachtige driehoek altijd precies honderdentachtig graden optellen. Als er te weinig materie is, kromt de ruimte naar buiten als een zadel, en tellen die hoeken minder dan honderdentachtig graden op. Als er te veel is, kromt de ruimte naar binnen als het oppervlak van een bol, waar parallelle lijnen uiteindelijk kruisen en de hoeken van een driehoek meer dan honderdentachtig graden bedragen. Deze geometrie bepaalt het uiteindelijke lot van alles wat we zien. Een plat of open universum zou eeuwig blijven uitdijen, terwijl een gesloten, sferisch universum uiteindelijk zou kunnen stoppen met uitdijen en weer in zichzelf zou kunnen imploderen. Decennialang suggereerden metingen dat het universum plat was, maar nieuwe gegevens en een radicale nieuwe theorie dwingen wetenschappers om te heroverwegen of we eigenlijk in een eindige, gesloten sfeer leven.

Een team van onderzoekers heeft vers bewijs verzameld om te betogen dat het universum inderdaad gesloten is, met een positieve kromming die vergelijkbaar is met het oppervlak van een bol. Hun werk begint bij het bekijken van de meest nauwkeurige kaarten die we hebben van het kosmos, gemaakt door de Planck-satelliet. Hoewel eerdere interpretaties van deze gegevens wezen op een plat universum, benadrukken de auteurs dat wanneer bepaalde complexe metingen worden aangepast, de resultaten verschuiven. De satellietgegevens tonen nu een lichte maar significante voorkeur voor een gesloten universum, met een krommingsparameter die positief is in plaats van nul. Dit experimentele vermoeden wordt ondersteund door een reeks theoretische argumenten die suggereren dat een plat of open universum niet kan bestaan zonder de fundamentele wetten van de fysica te schenden. Specifiek wijzen de onderzoekers erop dat een universum dat plat of open is, niet zowel glad als compleet kan zijn zonder een regel te schenden over hoe energie zich gedraagt langs het pad van licht. Alleen een gesloten universum voldoet aan deze strikte wiskundige vereisten, waardoor een kosmos mogelijk is die vrij is van de oneindige punten waar de fysica gewoonlijk vastloopt.

Het artikel introduceert een nieuw kader genaamd het ringparadigma om uit te leggen waarom deze gesloten vorm noodzakelijk is. In dit visie is zwaartekracht geen standaard kracht, maar een interactie die wordt gedragen door minuscule, eendimensionale ringen die de hele ruimte doordringen. Deze ringen fungeren als de fundamentele bouwstenen van het universum en trillen om te creëren wat wij als zwaartekracht waarnemen. Omdat deze ringen een maximale snelheid hebben waarmee ze kunnen vormen en reizen, kan het universum niet oneindig groot zijn. Als de ruimte oneindig zou zijn, zou de snelheid die nodig is voor deze ringen om verre punten te verbinden oneindig moeten zijn, wat onmogelijk is. In plaats daarvan moet het universum een eindige, zij het onvoorstelbaar enorme, diameter hebben. Deze eindige omvang leidt van nature tot een sferische geometrie. De theorie suggereert ook dat het universum cyclisch zou kunnen zijn, uitdijend en inkrimpend over biljarden jaren, een proces dat netjes past binnen de beperkingen van een gesloten, sferische vorm.

Buiten de vorm van de kosmos biedt deze nieuwe theorie oplossingen voor enkele van de diepste puzzels in de fysica. De onderzoekers stellen voor dat de gravitationele ringen het mysterie van zwarte gaten oplossen door informatie te laten ontsnappen, waardoor het paradox wordt vermeden waarbij gegevens voor altijd lijken te verdwijnen. Ze suggereren ook dat het vreemde gedrag van kwantumdeeltjes, die vaak willekeurig lijken, in werkelijkheid wordt bepaald door de paden die door deze ringen worden uitgezet. In dit beeld gedraagt het universum zich klassiek op zijn hoogste niveaus, waarbij de willekeur van de kwantummechanica voortkomt uit de onderliggende structuur van deze ringen. De theorie stelt zelfs voor dat de tijd zelf van richting zou kunnen veranderen als het universum zou stoppen met uitdijen en zou beginnen met krimpen, waardoor de stroom van de tijd direct wordt gekoppeld aan de geometrie van de ruimte.

Hoewel het idee van een gesloten universum de langgehouden overtuiging uitdaagt dat de ruimte plat is, benadrukken de auteurs dat deze conclusie nog geen definitief bewijs is. Het bewijs komt voort uit een combinatie van het heronderzoeken van satellietgegevens en het toepassen van een nieuwe, ongeteste theorie van kwantumgravitatie. De wiskundige modellen suggereren dat een gesloten universum de enige optie is die singulariteiten vermijdt en de wetten van energie bevredigt, maar de theorie rust op concepten die nog niet direct zijn waargenomen. De snelheid waarmee deze gravitationele ringen reizen is zo hoog dat het buiten het bereik ligt van elk huidig of gepland instrument, waardoor directe meting momenteel onmogelijk is. De consistentie van de theorie met bestaande gegevens en het vermogen om meerdere problemen tegelijk op te lossen, maken het echter een dwingende mogelijkheid. Het universum kan een eindige sfeer zijn, een enorme, gesloten lus, waar de geometrie van de ruimte het lot dicteert van alle materie en energie binnen het.