Ce se ascunde dincolo de marginile Universului?

Ce se ascunde dincolo de marginile universului? Este universul cu adevarat infinit? Ar putea omenirea sa ajunga la capatul universului? Daca da, prin ce metode?

Universul fascineaza si intriga. Este plin de mistere si ridica multe întrebari la care omenirea nu a gasit înca un raspuns. Cei mai multi sunt familiarizati deja cu teoria conform careia universul este infinit. Însa, în ultimii ani, tot mai multe voci s-au ridicat si au contestat aceasta teorie, ceea ce rascoleste, un pic, teoriile oficiale. 

Universul observabil

Pentru a întelege mai bine dimensiunile reale ale universului trebuie ca, în primul rând, sa întelegem conceptul de ”univers observabil”. Strict din punct de vedere al definitiei, “universul observabil” este format din planete, stele, sisteme solare, galaxii si alte elemente cosmice care, în principiu, pot fi observate de pe Pamânt. Acest lucru este posibil deoarece lumina emisa de aceste obiecte a avut suficient timp sa ajunga pâna la noi.

Presupunând ca universul este izotropic (are proprietati independente de directia în spatiu), distanta pâna la marginea universului observabil este aproximativ aceeasi indiferent de directia în care am “privi”. Practic, universul observabil are o “forma” relativ sferica iar in centrul acestuia se gaseste observatorul (noi).

Cât de departe putem vedea în spatiu nu depinde neaparat de tehnologia pe care o avem la dispozitie, ci depinde mai mult de abilitatea luminii de a ajunge la noi. În prezent putem “vedea” pâna la 46 de miliarde de ani lumina în orice directie. Asta înseamna ca universul observabil masoara aproximativ 93 de miliarde de ani lumina în diametru (dintr-un capat pâna în celalalt).

Pentru a întelege mai bine magnitudinea universului observabil, gânditi-va astfel: un an lumina reprezinta distanta pe care lumina o parcurge într-un an si anume aproximativ 9 trilioane de km (9.000.000.000.000 km). Astfel, 93 de miliarde de ani lumina reprezinta aproximativ 837 x 10 la puterea 21 km.

Oamenii de stiinta au aproximat vârsta universului undeva la 13,8 miliarde de ani. De aici se nasc doua întrebari:

1) Daca universul are “doar” 13,8 miliarde de ani, cum este posibil ca marginile universului observabil sa fie situate la 46 de miliarde de ani lumina de noi?

2) Cum au calculat oamenii de stiinta distanta pâna la marginea universului observabil?

Raspunsurile la ambele întrebari sunt relativ simple. Cei 13,8 miliarde de ani reprezinta timpul maxim de care lumina a avut nevoie pentru a parcurge distanta de la un punct din univers si pâna la noi. Pornind de aici, oamenii de stiinta au calculat distanta la care acel punct se afla în momentul de fata, rezultatul reprezentând raza universului observabil.

Apoi, pentru a întelege de ce raza universului observabil este atât de mare, trebuie sa întelegem ca universul se afla într-o continua expansiune. Luati spre analogie exemplul unei pâini cu stafide care se coace în cuptor. Fiecare stafida reprezinta o galaxie. Stafidele nu se misca prin aluat, însa pe masura ce aluatul creste, distanta dintre stafide creste de asemenea. O situatie similara se întâmpla si în univers, însa la o scala mult mai mare. Galaxiile nu se deplaseaza prin spatiu si nu cresc în dimensiune, doar distanta dintre galaxii, spatiul gol dintre acestea, se mareste.

Întelegând conceptul de univers observabil, ne putem pune întrebarea: “Ce se afla dincolo de acest punct?”

Exista o serie de teorii, însa nici una dintre acestea nu poate oferi un raspuns definitiv. Iar în timp ce aceste noi teorii sunt extrem de complexe, scepticii au nevoie sa-si argumenteze opiniile folosind doar cateva concepte relativ simple:

1. Universul este definit de tot spatiul si timpul care exista, deci nu poate exista o limita a universului.

Aceasta definitie este cât se poate de banala. Însa este oare corect sa clasificam ca parte din univers ceva cu care nu putem interactiona? Daca universul este foarte diferit dincolo de margini, dincolo de ceea ce putem noi observa?

2. Universul este infinit deoarece teoria relativitatii a lui Albert Einstein ne spune ca universul este plat, iar galaxiile se întind la nesfârsit.

Întrebarea care se pune însa aici este “cât de plat?” Au reusit oare oamenii de stiinta sa masoare cu infinita precizie curbura universului?

Putem lua ca exemplu, pe o scara mult mai mica, felul în care percepem Terra. Daca privim în zare, Pamântul pare plat, curbura este imperceptibila. Privit însa din spatiu, Pamântul are forma sferica. Daca acelasi lucru este valabil si în cazul Universului? Daca curbura acestuia este atât de mica încât nu poate fi masurata cu precizie folosind mijloacele pe care le avem la dispozitie, sau datorita faptului ca nu putem “vedea” suficient de departe astfel încât sa putem detecta o astfel de curbura?

Orizontul de particule

Asa cum am precizat la începutul acestui articol, cei 46 de miliarde de ani lumina reprezinta raza universului observabil, adica distanta de la noi (Terra) si pâna în cel mai îndepartat punct observabil. Teoretic, daca o nava cosmica ar fi capabila sa calatoreasca cu viteza luminii (299.792.458 m/s), aceasta ar avea nevoie de 46 de miliarde de ani pentru a ajunge pâna la cel mai îndepartat punct observabil. Si asta doar daca timpul ar “îngheta” si universul s-ar opri din expansiune.

Sistemele solare si galaxiile sunt într-o permanenta deplasare catre partea exterioara a universului iar spatiul gol dintre ele continua sa creasca. Aceasta continua expansiune a dus la aparitia conceptului de “orizont de particule.”

Orizontul de particule poate fi definit ca cea mai îndepartata parte a universului cu care am putea avea o posibila interactiune. Tot ceea ce se afla în interiorul orizontului de particule reprezinta universul cunoscut.

Revenind la nava noastra spatiala, teoretic, aceasta trebuie sa calatoreasca cu viteza luminii printr-un spatiu aflat în continua expansiune. Cu cât nava spatiala calatoreste mai mult catre destinatie (catre orizontul de particule), cu atât acesta se îndeparteaza mai mult.

Pare greu de înteles?

Sa facem o scurta recapitulare.

Am stabilit ca Universul are o vârsta de aproximativ 13,8 miliarde de ani (durata de timp maxima de care a avut nevoie lumina pentru a parcurge distanta de la un punct din univers pâna la noi) însa raza universului observabil este de aproximativ 46 de miliarde de ani lumina. Practic, în cei 13,8 miliarde de ani, Universul s-a extins atât de rapid încât acum noi putem “vedea” la o distanta de aproximativ 46 de miliarde de ani lumina în orice directie am privi. Tot din acest calcul rezulta ca, în medie, Universul se extinde cu o viteza mult mai mare decât viteza luminii.

În concluzie, nava noastra nu are nevoie de 46 de miliarde de ani pentru a ajunge la orizontul de particule, aceasta ar trebui sa calatoreasca la nesfârsit deoarece orizontul de particule se “deplaseaza” cu o viteza superioara vitezei luminii.

Asa cum gaurile negre au un punct teoretic dincolo de care nu putem vedea (“event horizon”) deoarece nici un fel de informatie nu mai poate trece de acel punct, asa si universul are un “event horizon”. Orice corp ceresc aflat dincolo de aceasta “bariera” este si va ramâne inaccesibil pentru noi.

Event Horizon vs orizontul de particule

Însa lucrurile abia acum devin stranii. S-a stabilit ca orizontul evenimentelor universului se afla mai aproape de noi decât orizontul de particule, la aproximativ 16 miliarde de ani lumina. Asta înseamna ca, astazi, omenirea poate vedea galaxii la care nu vom putea ajunge niciodata prin metode conventionale. Mai mult decat atat, pe masura ce universul se extinde, dinstanta dintre Calea Lactee si celelalte galaxii creste iar într-o buna zi toate celelalte galaxii vor trece dincolo de event horizon. Iar peste miliarde si miliarde de ani Calea Lactee va ramâne singura galaxie din universul observabil.

Toate aceste calcule sunt valabile cu o singura conditie: doar daca viteza luminii este viteza maxima cu care un obiect poate calatori. Albert Einstein a demonstrat ca viteza luminii este viteza maxima cu care se poate calatori prin spatiu.

În anul 1962 fizicienii O. M. P. Bilaniuk, V. K. Deshpande, si E. C. G. Sudarshan au introdus conceptul de tachyon – o particula teoretica care ar putea sta la baza conceptului FTL sau “warp drive” (calatorii cu viteze superluminice)

Spre deosebire de particulele obisnuite care nu pot calatori cu viteze mai mari decât viteza luminii, tachyonii s-ar bucura de o proprietate extrem de interesanta: viteza lor ar creste pe masura ce energia scade. Astfel, pe masura ce energia se apropie de zero, viteza lor se apropie de infinit.

Sa presupunem ca nava cu care calatorim are capacitatea de a atinge viteze mai mari decât viteza luminii. O astfel de nava poate ajunge si trece dincolo de orizontul de particule. Însa ce am gasit acolo? Mai mult ca sigur vom gasi mai multe sisteme solare, mai multe galaxii, nebuloase, în principiu… mai mult univers.

Curbura universului

Dupa o calatorie îndelungata ajungem la destinatie, la orizontul de particule si observam ca dincolo de acesta exista în continuare galaxii. Întrebarea care se naste acum este: “pâna unde se întinde tot acest spatiu?”

Totul depinde de curbura Universului. Potrivit teoriilor actuale, geometria universului este una plata cu “mici” denivelari provocate de gruparile de galaxii. Imaginati-va suprafata oceanului. De aproape, se pot observa valurile însa de la departare suprafata oceanului pare perfect neteda.

Daca arhitectura universului este perfect plata, atunci, aplicând ecuatiile lui Albert Einstein, ajungem la concluzia ca universul este infinit. În acest caz, daca calatorim dincolo de orizontul de particule o sa observam ca universul se întinde la nesfârsit.

Situatia în care arhitectura universului nu este una perfect plata naste însa cele mai multe controverse. Chiar si în cazul în care aceasta curbura ar fi atât de mica încat instrumentele noastre sa nu o poata detecta, atunci universul nu ar mai fi plat, ci suprafata unei hipersfere (hipersfera este reprezentarea 3D a unei sfere 4D). În acest caz, nava noastra ar calatori prin interiorul acestei sfere, pe toata dimensiunea ei si ar ajunge înapoi în punctul din care a plecat.

Dar daca universul nostru este o bula în continua expansiune într-un spatiu infinit „plin” cu alte bule similare? …

Wikipedia.org – Tachyon

Itzhak Bars si John Terning (Noiembrie 2009) – “Extra Dimensions in Space and Time”

Tamara M. Davis si Charles H. Lineweaver (2004) – „Expanding Confusion: common misconceptions of cosmological horizons and the superluminal expansion of the universe”. Lucrare publicata în “Astronomical Society of Australia”.

S. W. Hawking si G. F. R. Ellis (1975) – “The large scale structure of space-time”

Gonzalez-Diaz (2000) – „Warp drive space-time”

Bogdan

Per aspera ad astra