Onko universumi pallo?

Voisiko avaruus olla pyöreä?

Luin artikkelia avaruuden laajenemisesta ja mieleeni heräsi kysymys: entä jos avaruus ei laajene, vaan tila jossa olemme on pyöreä ja kasvaa?

Ihminen on usein ymmärtänyt maailman väärin ennen kuin on oppinut näkemään sen toisin.

Me luulimme Maata litteäksi.
Me luulimme olevamme maailmankaikkeuden keskipiste.
Me luulimme, että taivas on kiinteä kupoli.

Ja joskus mietin, luulemmeko yhä jotakin olennaista väärin.

Yksi yksinkertainen mutta samalla hieman häiritsevä havainto toistuu lähes kaikkialla luonnossa: pyöreys.

Atomien elektronipilvet muodostavat todennäköisyysrakenteita, jotka ovat usein symmetrialtaan pallomaisia.
Planeetat ovat palloja.
Tähdet ovat palloja.
Vesipisara hakeutuu palloksi, jos mikään ei häiritse sitä.

Painovoima ei oikeastaan rakenna kulmia. Se muokkaa pintoja, jotka pyrkivät mahdollisimman pieneen energiaan. Ja suuressa mittakaavassa energian minimimuoto on usein pallo.

Kun massaa on riittävästi, siitä tulee pyöreä. Se ei ole esteettinen valinta, vaan seuraus fysiikan perusperiaatteista.

Tästä nousee joskus mielessäni hieman laajempi kysymys.

Entä jos sama periaate ei koske vain yksittäisiä kappaleita? Entä jos myös avaruus itse noudattaa jollain tavalla samaa taipumusta?

Avaruus voi kaareutua

Yleinen suhteellisuusteoria, jonka esitti Albert Einstein, kertoo että painovoima ei ole oikeastaan voima perinteisessä mielessä. Se on avaruuden kaarevuutta.

Massa ei vain ole avaruudessa.
Se muokkaa avaruutta.

Jos avaruus voi kaareutua massan vaikutuksesta, on aika luonnollista kysyä, millainen koko avaruuden muoto voisi olla.

Kosmologiassa yksi mahdollisuus on niin sanottu suljettu universumi. Se tarkoittaisi, että maailmankaikkeus olisi kolmiulotteinen vastine pallon pinnalle – äärellinen, mutta ilman reunaa.

Tämä ei ole tieteiskirjallisuutta, vaan yksi ratkaisu Einstein field equations -yhtälöille.

Pallon pinnalla kulkeva ihminen ei koskaan kohtaa reunaa. Hän voi jatkaa matkaa loputtomasti ja palata lopulta lähtöpisteeseensä.

Joskus tulee mieleen: entä jos sama pätee avaruuteen?

Mitä maailmankaikkeuden laajeneminen oikeastaan tarkoittaa?

Nykyiset havaintomme viittaavat siihen, että galaksit loittonevat toisistaan. Tätä kutsutaan Expansion of the Universe.

Silti laajeneminen ei välttämättä tarkoita, että jokin “tyhjä tila” leviää ulospäin johonkin ulkopuolelle. Se voi myös tarkoittaa, että itse geometria muuttuu.

Jos avaruus on kaareva – ehkä jopa sulkeutunut – sen mittakaava voi kasvaa. Samalla horisonttimme laajenee. Näemme kauemmas, mutta emme välttämättä siksi, että olemme keskellä räjähtävää tilaa. Voi olla, että kaareva rakenne yksinkertaisesti venyy.

Tämä muistuttaa hieman siitä, miten ihmiset ennen ajattelivat Maasta. Horisontti näytti tasaiselta, joten oli helppo olettaa, että maailma on tasainen.

Vasta kun mittakaava kasvoi, ymmärsimme että näennäinen tasaisuus oli vain paikallinen ilmiö.

Joskus mietin, teemmekö kosmoksen kanssa saman virheen.

Universumin geometria

Pyöreys ei luonnossa näytä olevan sattumaa. Pallo on ainoa muoto, joka on täydellisen symmetrinen kaikkiin suuntiin. Luonto taas näyttää usein suosivan symmetriaa.

Fysiikan lait näyttävät olevan samat joka suuntaan.

Jos maailmankaikkeus olisi jyrkästi kulmikas tai rajallinen laatikko, voisi kuvitella, että sen perusominaisuudet vaihtelisivat suunnan mukaan. 

Tämä ei tietenkään todista, että universumi olisi pallo. Mutta ajatus tuntuu ainakin jollain tavalla elegantilta.

Ehkä kysymme joskus väärää kysymystä, kun pohdimme, kuinka suuri maailmankaikkeus on.

Ehkä tärkeämpi kysymys olisi: millainen sen geometria on?

Jos atomit, planeetat ja tähdet hakeutuvat pyöreyteen, jos painovoima muokkaa massasta palloja ja jos avaruus itse voi kaareutua, ei ole täysin kohtuutonta pohtia, voisiko kokonaisuuskin noudattaa samantapaista periaatetta.

Ehkä universumi ei ole ääretön taso.
Ehkä se on itseensä sulkeutuva kokonaisuus.
Jos lähdet yhteen suuntaan, saatat lopulta palata toisesta suunnasta takaisin.

Ja joskus ajattelen, että tulevaisuuden ihmiset saattavat katsoa meidän aikamme kosmologiaa samalla tavalla kuin me katsomme vanhoja karttoja maailmasta.