Universets form:undersøgelse kunne tvinge os til at genoverveje alt, hvad vi ved om kosmos

Uanset hvor elegant din teori er, eksperimentelle data vil have det sidste ord. Observationer af planeternes retrograde bevægelse var grundlæggende for den kopernikanske revolution, hvor solen erstattede Jorden i centrum af solsystemet. Og Merkurs usædvanlige kredsløb gav en spektakulær bekræftelse af teorien om generel relativitet. Faktisk, hele vores forståelse af universet er bygget på observerede, uventede anomalier.

Nu vores nye papir, udgivet i Natur astronomi , er kommet til en konklusion, der kan udløse en krise i kosmologien – hvis den bekræftes. Vi viser, at universets form faktisk kan være buet snarere end flad, som tidligere antaget - med en sandsynlighed større end 99%. I et buet univers, uanset hvilken retning du rejser i, du ender ved udgangspunktet – ligesom på en kugle. Selvom universet har fire dimensioner, inklusive tid.

Resultatet var baseret på nylige målinger af den kosmiske mikrobølgebaggrund, lyset tilbage fra Big Bang, indsamlet af Planck Satellite. Ifølge Albert Einsteins generelle relativitetsteori, masse fordrejer rum og tid omkring det. Som resultat, lysstråler tager en tilsyneladende drejning omkring et massivt objekt i stedet for at bevæge sig i en lige linje - en effekt kendt som gravitationslinser.

Der er meget mere sådan linse i Planck-dataene, end der burde være, hvilket betyder, at universet kunne indeholde mere mørkt stof – et usynligt og ukendt stof – end vi tror. I vores undersøgelse, vi viste, at et lukket univers kan give en fysisk forklaring på denne effekt, fordi det er i stand til at rumme meget mere mørkt stof end et fladt univers. Et sådant univers er perfekt foreneligt med almen relativitetsteori.

Stor hovedpine

Ikke alle kosmologer er dog overbevist om et lukket univers - tidligere undersøgelser har antydet, at kosmos faktisk er fladt. Og hvis et sfærisk univers er en løsning på linseanomalien, så skal vi forholde os til flere væsentlige konsekvenser. Først og fremmest, vi er nødt til at revidere en grundlæggende hjørnesten i kosmologien – teorien om kosmologisk inflation. Inflationen beskriver de første øjeblikke efter Big Bang, forudsige en periode med eksponentiel ekspansion for det oprindelige univers.

Teorien er udviklet i løbet af de sidste 40 år for at forklare, hvorfor fjerne dele af universet ser ens ud og har samme temperatur, når de er for langt fra hinanden til nogensinde at have været i kontakt. Inflation løser problemet, fordi det betyder, at fjerntliggende områder af universet engang ville have været forbundet. Men perioden med hurtig ekspansion, der slyngede disse områder fra hinanden, menes også at have bragt universet til fladhed med udsøgt præcision.

Hvis universet er lukket, standard inflation er i problemer. Og det betyder, at vi mister vores standardforklaring på, hvorfor universet har den struktur, det har.

Når vi først antager, at universet er buet, Planck-dataene er i det væsentlige uenige med alle andre datasæt. Det hele bunder i en reel krise for kosmologien, som vi siger i vores avis. Af disse grunde, kosmologer er forsigtige - og mange af dem foretrækker at tilskrive resultaterne til et statistisk lykketræf, der vil løse sig, når nye data fra fremtidige eksperimenter er tilgængelige.

Kan vi tage fejl?

Det er bestemt muligt, at vi viser sig at tage fejl. Men der er en hovedårsag, efter vores mening, hvorfor denne uregelmæssighed ikke blot skal kasseres. I partikelfysik, en opdagelse bør nå en nøjagtighed på mindst fem "sigmas" for at blive accepteret af fællesskabet. Her er vi lidt over tre sigmas, så vi er klart under dette acceptniveau. Men mens standardmodellen for partikelfysik er baseret på kendt og dokumenteret fysik, den kosmologiske standardmodel er baseret på ukendt fysik.

I øjeblikket, det fysiske bevis for kosmologiens tre søjler - mørkt stof, mørk energi (som får universet til at udvide sig med en accelereret hastighed) og inflation – kommer udelukkende fra kosmologi. Deres eksistens kan forklare mange astrofysiske observationer.

Men de forventes hverken i den standardmodel for partikelfysik, der styrer universet på de mindste skalaer, eller i den generelle relativitetsteori, der opererer på de store skalaer. I stedet, disse stoffer tilhører området ukendt fysik. Ingen har nogensinde set hverken mørkt stof, mørk energi eller inflation - i laboratoriet eller andre steder.

Så mens en anomali i partikelfysik kan betragtes som et hint om, at vi måske skal opfinde helt ny fysik, en anomali i kosmologien bør betragtes som den eneste måde, vi har til at kaste lys over fuldstændig ukendt fysik.

Derfor, det mest interessante resultat af vores papir er ikke, at universet ser ud til at være buet snarere end fladt, men det faktum, at det kan tvinge os til at omarrangere brikkerne i det kosmiske puslespil på en helt anden måde.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.