Semua yang kita pikir kita tahu tentang bentuk alam semesta bisa salah. Alih-alih menjadi datar seperti sprei, alam semesta kita mungkin melengkung, seperti balon besar yang menggelembung, menurut sebuah penelitian baru.
Itulah hasil dari makalah baru yang diterbitkan hari ini (4 November) dalam jurnal Nature Astronomy, yang melihat data dari latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB), gema samar dari Big Bang. Tetapi tidak semua orang yakin; Temuan baru, berdasarkan data yang dirilis pada tahun 2018, bertentangan dengan kebijaksanaan konvensional dan studi baru-baru ini yang didasarkan pada set data CMB yang sama.
Jika alam semesta melengkung, menurut kertas baru, itu melengkung dengan lembut. Pembengkokan lambat itu tidak penting untuk bergerak di sekitar kehidupan kita, atau tata surya, atau bahkan galaksi kita. Tetapi bepergian melampaui semua itu, di luar lingkungan galaksi kita, jauh ke kegelapan pekat, dan akhirnya - bergerak dalam garis lurus - Anda akan berputar dan berakhir kembali tepat di tempat Anda mulai. Ahli kosmologi menyebut gagasan ini "alam semesta tertutup". Sudah ada untuk sementara waktu, tetapi tidak sesuai dengan teori yang ada tentang bagaimana alam semesta bekerja. Jadi itu sebagian besar ditolak demi "alam semesta datar" yang memanjang tanpa batas di setiap arah dan tidak berputar dengan sendirinya. Sekarang, sebuah anomali dalam data dari pengukuran CMB terbaik yang pernah ada menawarkan bukti kuat (tetapi tidak sepenuhnya meyakinkan) bahwa alam semesta ditutup setelah semua, menurut penulis: kosmolog Universitas Manchester Eleonora Di Valentino, kosmolog Universitas Sapienza Roma Alessandro Melchiorri dan kosmolog Universitas Johns Hopkins Joseph Silk.
Perbedaan antara alam semesta tertutup dan terbuka sedikit seperti perbedaan antara lembaran datar yang diregangkan dan balon yang melambung, kata Melchiorri kepada Live Science. Dalam kedua kasus itu, semuanya berkembang. Saat lembaran membesar, setiap titik menjauh dari setiap titik lainnya dalam garis lurus. Ketika balon digembungkan, setiap titik di permukaannya semakin jauh dari setiap titik lainnya, tetapi lengkungan balon membuat geometri gerakan itu menjadi lebih rumit.
"Ini berarti, misalnya, bahwa jika Anda memiliki dua foton dan mereka bergerak secara paralel di alam semesta yang tertutup, mereka akan bertemu," kata Melchiorri.
Dalam alam semesta yang terbuka dan datar, foton-foton, yang tidak terganggu, akan bergerak sepanjang jalur paralelnya tanpa pernah berinteraksi.
Model konvensional inflasi alam semesta, kata Melchiorri, menunjukkan bahwa alam semesta harus datar. Putar ulang perluasan ruang hingga awal, ke 0,000000000000000000000000001 detik pertama setelah Big Bang, menurut model itu, dan Anda akan melihat momen ekspansi yang luar biasa dan eksponensial ketika ruang tumbuh dari titik yang sangat kecil di mana ia dimulai. Dan fisika dari ekspansi super cepat itu menunjuk ke alam semesta yang datar. Itulah alasan pertama sebagian besar ahli percaya bahwa alam semesta itu datar, katanya. Jika alam semesta tidak datar, Anda harus "menyempurnakan" fisika dari mekanisme primordial itu agar semuanya cocok - dan mengulang perhitungan yang tak terhitung jumlahnya dalam prosesnya, kata Melchiorri.
Tetapi itu mungkin akhirnya diperlukan, tulis para penulis dalam studi baru.
Itu karena ada anomali di CMB. CMB adalah hal tertua yang kita lihat di alam semesta, terbuat dari cahaya microwave ambient yang memenuhi seluruh ruang ketika Anda menghalangi bintang-bintang dan galaksi serta gangguan lainnya. Ini adalah salah satu sumber data terpenting tentang sejarah dan perilaku alam semesta, karena sangat tua dan menyebar ke seluruh ruang. Dan ternyata, menurut data terbaru, bahwa ada lebih banyak "pelensaan gravitasi" CMB dari yang diharapkan - artinya gravitasi tampaknya menekuk gelombang mikro CMB lebih dari yang dapat dijelaskan oleh fisika yang ada.
Data yang diperoleh tim berasal dari rilis 2018 dari eksperimen Planck - eksperimen European Space Agency (ESA) untuk memetakan CMB secara lebih rinci daripada sebelumnya. (Data baru akan diterbitkan dalam edisi mendatang jurnal Astronomi & Astrofisika dan sekarang tersedia di situs web ESA. Baik Di Valentino dan Melchiorri adalah bagian dari upaya itu juga.)
Untuk menjelaskan lensa tambahan itu, Kolaborasi Planck baru saja menempel pada variabel tambahan, yang oleh para ilmuwan disebut "A_lens," ke model kelompok formasi alam semesta, "Ini adalah sesuatu yang Anda letakkan di sana dengan tangan, mencoba menjelaskan apa Anda tahu. Tidak ada hubungan dengan fisika, "kata Melchiorri, yang berarti tidak ada parameter A_lens dalam teori relativitas Einstein. "Apa yang kami temukan adalah bahwa Anda dapat menjelaskan A_lens dengan alam semesta yang melengkung positif, yang merupakan interpretasi yang jauh lebih fisik yang dapat Anda jelaskan dengan relativitas umum."
Melchiorri menunjukkan bahwa interpretasi timnya tidak konklusif. Menurut perhitungan kelompok, data Planck menunjuk ke alam semesta tertutup dengan standar deviasi 3,5 sigma (pengukuran statistik yang berarti sekitar 99,8% keyakinan bahwa hasilnya bukan karena kebetulan acak). Itu jauh dari standar 5 sigma yang biasanya dicari oleh fisikawan sebelum memanggil ide yang dikonfirmasi.
Tetapi beberapa ahli kosmologi mengatakan bahwa ada lebih banyak alasan untuk bersikap skeptis.
Andrei Linde, seorang kosmolog di Stanford University, mengatakan kepada Live Science bahwa makalah Astronomi Alam gagal untuk memperhitungkan makalah penting lainnya, yang diterbitkan ke basis data arXiv pada 1 Oktober. (Makalah itu belum diterbitkan dalam jurnal yang ditinjau sejawat. )
Dalam makalah itu, kosmolog Universitas Cambridge George Efstathiou dan Steven Gratton, yang keduanya juga bekerja di Planck Collaboration, melihat subkumpulan data yang lebih sempit daripada makalah Astronomi Alam. Analisis mereka juga mendukung alam semesta yang melengkung, tetapi dengan kepercayaan statistik yang jauh lebih sedikit daripada Di Valentino, Melchiorri dan Silk menemukan bahwa mereka melihat segmen yang lebih besar dari data Planck. Namun, ketika Efstathiou dan Graton melihat data bersama dengan dua set data lain yang ada dari alam semesta awal, mereka menemukan bahwa secara keseluruhan, bukti menunjuk ke arah alam semesta yang datar.
Ditanya tentang kertas Efstathiou dan Gratton, Melchiorri memuji perlakuan yang cermat terhadap pekerjaan itu. Namun dia mengatakan analisis keduanya bergantung pada segmen data Planck yang terlalu kecil. Dan dia menunjukkan bahwa penelitian mereka didasarkan pada versi Planck yang dimodifikasi (dan, secara teori, lebih baik) - bukan kumpulan data publik yang telah diperiksa lebih dari 600 fisikawan.
Linde menunjuk analisis ulang itu sebagai tanda bahwa makalah Efstathiou dan Gratton didasarkan pada metode yang lebih baik.
Efstathiou meminta untuk tidak dikutip secara langsung, tetapi ditunjukkan dalam email ke Live Science bahwa jika alam semesta melengkung, itu akan menimbulkan sejumlah masalah - bertentangan dengan set data lain dari alam semesta awal dan membuat perbedaan dalam tingkat pengamatan alam semesta yang diamati. ekspansi jauh lebih buruk. Gratton berkata dia setuju.
Melchiorri juga setuju bahwa model alam semesta tertutup akan menimbulkan sejumlah masalah bagi fisika.
"Aku tidak ingin mengatakan bahwa aku percaya pada alam semesta yang tertutup," katanya. "Saya sedikit lebih netral. Saya akan mengatakan, mari kita tunggu data dan apa yang akan dikatakan data baru. Yang saya percaya adalah ada perbedaan sekarang, bahwa kita harus hati-hati dan mencoba menemukan apa yang ada. menghasilkan perbedaan ini. "
