Maailmankaikkeuden muoto
Maailmankaikkeuden muodosta ei voida keskustella arkipäiväisillä termeillä, koska kaikkien termien on oltava Einsteinin suhteellisuusteorian termejä. Maailmankaikkeuden geometria ei siis ole tavallista arkipäivän euklidista geometriaa.
Suhteellisuusteorian mukaan on mahdotonta sanoa, tapahtuuko kaksi erillistä tapahtumaa samaan aikaan, jos nämä tapahtumat ovat avaruudessa erillään toisistaan. Puhuminen "maailmankaikkeuden muodosta (tiettynä ajankohtana)" on naiivia erityissuhteellisuusteorian näkökulmasta. Samanaikaisuuden suhteellisuusteorian vuoksi emme voi puhua avaruuden eri pisteistä, jotka ovat "samassa ajassa", emmekä näin ollen myöskään "maailmankaikkeuden muodosta tietyssä ajassa".
Astrofyysikot kysyvät, onko tietty maailmankaikkeuden malli sopusoinnussa sen kanssa, mitä maailmankaikkeudesta tehtyjen havaintojen ja mittausten perusteella tiedetään. Jos havaittava maailmankaikkeus on pienempi kuin koko maailmankaikkeus (joissakin malleissa se on useita kertaluokkia pienempi tai jopa äärettömän pieni), havainnot rajoittuvat osaan kokonaisuudesta.
Maailmankaikkeuden muodon tarkastelu voidaan jakaa kahteen osaan:
- paikallinen geometria, joka liittyy erityisesti maailmankaikkeuden kaarevuuteen, erityisesti havaittavassa maailmankaikkeudessa, ja
- globaaligeometria, joka liittyy koko maailmankaikkeuden topologiaan, jonka mittaaminen ei välttämättä ole mahdollista.
Havaittava maailmankaikkeus on perusta minkä tahansa maailmankaikkeuden mallin testaamiselle. Se on pallomainen tilavuus (pallo), jonka keskipisteenä on havaitsija, riippumatta koko maailmankaikkeuden muodosta. Jokaisella maailmankaikkeuden paikalla on oma havaittava maailmankaikkeutensa, joka voi olla päällekkäinen Maahan keskittyvän maailmankaikkeuden kanssa.
Viimeaikaiset mittaukset ovat saaneet NASAn toteamaan: "Tiedämme nyt, että maailmankaikkeus on litteä vain 0,4 prosentin virhemarginaalilla". Yhdessä mallissa, FLRW-mallissa, maailmankaikkeuden tämänhetkinen suosituin muoto, jonka on havaittu sopivan havaintoaineistoon, on äärettömän litteä malli. On olemassa muitakin malleja, jotka sopivat myös dataan.
Havainnoitavan maailmankaikkeuden 93 miljardin valovuoden eli 28 miljardin parsekin kolmiulotteinen visualisointi. Mittakaava on sellainen, että hienot rakeet edustavat suurten superjoukkojen kokoelmia. Neitsyen superjoukko - Linnunradan koti - on merkitty keskelle, mutta se on liian pieni, jotta se näkyisi kuvassa.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on maailmankaikkeuden muoto nykyisten havaintojen mukaan?
A: Viimeaikaisten mittausten mukaan NASA on todennut, että maailmankaikkeus on litteä vain 0,4 prosentin virhemarginaalilla.
K: Miten erityinen suhteellisuusteoria vaikuttaa käsitykseemme maailmankaikkeuden muodosta?
V: Samanaikaisuuden suhteellisuusteorian vuoksi on mahdotonta sanoa, tapahtuuko kaksi erillistä tapahtumaa samaan aikaan, jos nämä tapahtumat ovat avaruudessa erillään toisistaan. Tämä tarkoittaa sitä, että emme voi puhua eri avaruuden pisteistä, jotka ovat "samaan aikaan", emmekä näin ollen myöskään "maailmankaikkeuden muodosta tiettynä ajankohtana".
K: Minkälaista geometriaa astrofyysikot käyttävät keskustellessaan maailmankaikkeuden muodosta?
V: Astrofyysikot käyttävät Einsteinin suhteellisuusteoriaa keskustellessaan ja testatessaan malleja, joilla kuvataan ja ennustetaan maailmankaikkeuteen liittyviä seikkoja. He ottavat huomioon myös paikallisen geometrian, joka liittyy erityisesti kaarevuuteen, ja globaalin geometrian, joka liittyy topologiaan.
Kysymys: Onko jokainen paikka maailmankaikkeudessa osa havaittavaa maailmankaikkeutta?
V: Kyllä, jokaisella maailmankaikkeuden paikkakunnalla on oma havaittavissa oleva maailmankaikkeutensa, joka voi olla päällekkäinen Maan keskipisteen kanssa.
K: Mitä tarkoitetaan "litteällä", kun puhutaan mallista, jolla kuvataan/ennustetaan maailmankaikkeuden piirteitä?
V: Yhdessä mallissa, jota kutsutaan FLRW:ksi (Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker), "litteä" viittaa äärettömän litteään malliin, jonka on todettu sopivan parhaiten havaintoaineistoon. Se tarkoittaa, että avaruus näyttää yhtenäiseltä riippumatta siitä, minne katsot, eikä tässä mallissa ole käyriä tai mutkia.
Kysymys: Onko olemassa muita malleja, jotka sopivat havaintoaineistoon FLRW:n äärettömän litteän mallin lisäksi?
V: Kyllä, FLRW:n äärettömän litteän mallin lisäksi on muitakin malleja, jotka sopivat havaintoaineistoon.
