Végtelen az univerzum? A válasz sokkal furcsább, mint gondolnánk

Amit látunk, az nem feltétlenül az egész univerzum

A megfigyelhető univerzum határa nem egyszerűen azt jelenti, hogy a jelenlegi teleszkópjainkkal meddig látunk el. Sokkal alapvetőbb korlátról van szó: vannak olyan térségek, ahonnan az információ soha nem juthat el hozzánk. Az univerzum története és tágulása miatt bizonyos területek örökre kívül maradhatnak a megfigyelhető tartományon.

A legegyszerűbb feltételezés szerint ezen a határon túl is ugyanaz van, mint amit eddig láttunk: újabb galaxisok, csillagok és minden más, ami az univerzumot alkotja. Ahogy a Föld felszínén állva is feltételezzük, hogy a látóhatáron túl további tájak következnek.

Csakhogy azt nem tudjuk, hogy ez a tér valóban a végtelenségig tart-e?

Elképzelhető ugyanis, hogy az univerzum véges, mégsem találunk benne olyan pontot, ahol egyszer csak „elfogy” a tér. A Föld jó példát ad erre. A bolygó felszíne véges területű, még sincs olyan pontja, ahol a felszín hirtelen véget érne. Ha folyamatosan egy irányba haladunk rajta, elvileg visszajuthatunk oda, ahonnan elindultunk.

A kozmikus geometria árulhatja el a választ

Honnan tudhatjuk, hogy milyen a világegyetem geometriája? Ehhez nem kell kijutnunk belőle. A tér tulajdonságait ugyanis maga a geometria is elárulhatja.

Egy sík felületen például egy háromszög belső szögeinek összege mindig 180 fok. A Föld görbült felszínén azonban hatalmas háromszögeket rajzolva ettől eltérő eredményt kapnánk: a szögek összege meghaladhatja a 180 fokot.

Hasonló módon működhet a kozmológiai mérés is. A kutatók az úgynevezett kozmikus mikrohullámú háttérsugárzást, vagyis a CMB-t vizsgálják. Ez az univerzum egyik legősibb megfigyelhető jele: abból az időszakból származik, amikor a világegyetem már eléggé lehűlt ahhoz, hogy a fény szabadon terjedhessen.

A CMB-ben apró hőmérsékleti eltérések figyelhetők meg. Ezek várható méretét a kutatók a korai univerzum fizikája alapján ki tudják számítani. Ha a tér erősen görbült lenne, a több milliárd fényéven át hozzánk érkező fény útja is módosulna, így ezek a mintázatok más méretűnek látszanának.

A megfigyelések azonban azt mutatják, hogy a CMB jellegzetességei nagyjából úgy jelennek meg, ahogy egy sík geometriájú univerzumban várnánk. Ezért mondják a kozmológusok, hogy az univerzum térbeli geometriája rendkívül közel áll a síkhoz.

A sík univerzum még lehet véges

Ez azonban nem jelenti automatikusan azt, hogy a világegyetem végtelen.

Képzeljük el, hogy egy hatalmas bolygón egy apró területen próbáljuk megállapítani, hogy görbült-e a felszíne. A saját környezetünkben minden gyakorlatilag síknak tűnne. Minél kisebb területet vizsgálunk, annál nehezebb észrevenni a Föld görbületét.

Ugyanez történhet kozmikus méretekben is. Bár a megfigyelhető univerzum elképesztően nagy, még mindig csak egy részét látjuk a teljes világegyetemnek. Ha a tér görbülete olyan óriási léptékben jelentkezik, amely meghaladja megfigyelési lehetőségeinket, akkor a számunkra látható univerzum tökéletesen síknak tűnhet.

Sőt, még az is lehetséges, hogy az univerzum sík, mégis valamilyen módon „visszahajlik” önmagába. Egy papírlapot például henger alakúra hajlíthatunk úgy, hogy helyileg nem változtatjuk meg a rajta érvényes sík geometriát. A háromszögek továbbra is ugyanúgy viselkednek, a párhuzamos vonalak pedig párhuzamosak maradnak, miközben az egyik irányban körbe lehet jutni.

Itt válik fontossá a geometria és a topológia közötti különbség. A geometria azt írja le, hogy milyen a tér görbülete, míg a topológia azt, hogyan kapcsolódnak egymáshoz a tér részei.

A matematikusok 17 különböző, sík geometriával összeegyeztethető topológiát azonosítottak. Ezek között meglehetősen szokatlan struktúrák is vannak.

Keresték már a világegyetem „körbeérő” mintázatait

A csillagászok nemcsak elméletben foglalkoznak ezzel a lehetőséggel. Megpróbálták megtalálni annak nyomait, hogy a világegyetem valamilyen módon önmagába záródik.

Az egyik módszer a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás ismétlődő mintázatainak keresése. Ha ugyanis a tér egy bizonyos méretnél körbezáródna, ugyanazoknak a struktúráknak több helyen is meg kellene jelenniük az égbolton.

Hasonló elv alapján azt is vizsgálják, hogy bizonyos galaxisok fénye nem ugyanannak az objektumnak különböző irányokból érkező, „visszatérő” képe-e.

Eddig azonban nem találtak meggyőző bizonyítékot ilyen kozmikus hurkokra. A jelenlegi megfigyelések alapján az univerzum geometriája rendkívül közel áll a síkhoz, és nincs bizonyíték arra, hogy a tér egy kisebb, zárt struktúrában önmagába fordulna.

Ez azonban nem zárja le a kérdést. Ha ugyanis egy ilyen struktúra mérete nagyobb, mint a megfigyelhető univerzum, akkor lehet, hogy soha nem leszünk képesek észlelni.

Így jelenleg azt sem tudjuk biztosan, hogy a teljes világegyetem végtelen-e, vagy valójában véges, csak éppen nincs széle. És még ennél is különösebb lehetőségek léteznek: egyes kozmológiai elméletek szerint az általunk ismert univerzum akár csak egy „buborék” lehet a sok lehetséges univerzum között.

A kozmikus látóhatár tehát nemcsak azt szabja meg, meddig látunk el. Lehet, hogy azt is meghatározza, hogy mit tudhatunk meg valaha az egész univerzumról.