Telkens als we het hebben over het uitdijende heelal, iedereen wil weten hoe dit gaat aflopen. Zeker wel, ze zeggen, het feit dat de meeste sterrenstelsels die we kunnen zien in alle richtingen van ons wegsnellen, is echt interessant. Zeker wel, ze zeggen, de oerknal is logisch, in die zin dat alles miljarden jaren geleden dichter bij elkaar was.

Maar hoe eindigt het? Gaat dit voor altijd door? Gaan sterrenstelsels uiteindelijk langzamer, tot stilstand komen, en dan weer samen denderen in een Big Crunch? Krijgen we een non-stop cyclus van Big Bangs, voor eeuwig en altijd?

We hebben een aantal artikelen geschreven over veel verschillende aspecten van deze vraag, en de huidige conclusie die astronomen hebben getrokken is dat omdat het heelal plat is, het zal nooit uit zichzelf instorten en een nieuwe oerknal veroorzaken.

Maar wacht, wat betekent het om te zeggen dat het heelal "plat" is? Waarom is dat belangrijk, en hoe weten we dat eigenlijk?

Voordat we kunnen beginnen praten over de vlakheid van het universum, we moeten het over vlakheid in het algemeen hebben. Wat betekent het om te zeggen dat iets plat is?

Als je in een vierkante kamer bent en om de hoeken loopt, je keert terug naar je startpunt nadat je vier bochten van 90 graden hebt gemaakt. Je kunt zeggen dat je kamer plat is. Dit is Euclidische meetkunde.

ut als je dezelfde reis op het aardoppervlak maakt. Begin bij de evenaar, een bocht van 90 graden maken, loop naar de Noordpool, maak nog een bocht van 90 graden, terug naar de evenaar, nog een draai van 90 graden en keer terug naar je startpunt.

In de ene situatie, je maakte vier beurten om terug te keren naar je startpunt, in een andere situatie duurde het maar 3. Dat komt omdat de topologie van het oppervlak waarop je liep, besliste wat er gebeurt als je een bocht van 90 graden maakt.

Je kunt je een nog extremer voorbeeld voorstellen, waar je rondloopt in een krater, en het duurt meer dan vier beurten om terug te keren naar je startpunt.

Nog een analogie, natuurlijk, is het idee van evenwijdige lijnen. Als je twee parallelle lijnen op de noordpool afvuurt, ze gaan uit elkaar, de topologie van de aarde volgen en dan weer bij elkaar komen.

Heb het? Super goed.

Nutsvoorzieningen, hoe zit het met het universum zelf? Je kunt je dezelfde analogie voorstellen. Beeldvorming over vliegen in de ruimte op een raket voor miljarden lichtjaren, manoeuvres van 90 graden uitvoeren en terugkeren naar uw startpunt.

Je kunt het niet in drie, of vijf, je hebt er vier nodig, wat betekent dat de topologie van het heelal plat is. Wat volkomen intuïtief is, Rechtsaf? Ik bedoel, dat zou je aanname zijn.

Maar astronomen waren sceptisch en wilden zeker weten, en dus, ze wilden deze veronderstelling testen.

Om de vlakheid van het heelal te bewijzen, dan zou je een heel eind moeten reizen. En astronomen gebruiken de grootst mogelijke waarneming die ze kunnen doen. De kosmische microgolf achtergrondstraling, het nagloeien van de oerknal, zichtbaar in alle richtingen als een rood verschoven, vervagend moment waarop het heelal transparant werd rond 380, 000 jaar na de oerknal.

Toen deze straling vrijkwam, het hele universum was ongeveer 2, 700 C. Dit was het moment waarop het koel genoeg was om fotonen eindelijk vrij door het heelal te laten zwerven. De uitdijing van het heelal heeft deze fotonen uitgerekt over hun reis van 13,8 miljard jaar, ze verschuiven naar het microgolfspectrum, slechts 2,7 graden boven het absolute nulpunt.

Met de meest gevoelige ruimtetelescopen die ze hebben, astronomen zijn in staat om kleine variaties in de temperatuur van deze achtergrondstraling te detecteren.

En hier is het deel dat me verbaast elke keer als ik erover nadenk. Deze kleine temperatuurvariaties komen overeen met de grootste schaalstructuren van het waarneembare heelal. Een gebied dat een fractie van een graad warmer was, werd een enorme cluster van sterrenstelsels, honderden miljoenen lichtjaren in doorsnede.

De kosmische microgolf achtergrondstraling geeft maar en geeft, en als het gaat om het uitzoeken van de topologie van het universum, het heeft het antwoord dat we nodig hebben. Als het universum op een of andere manier gekromd was, deze temperatuurvariaties zouden vervormd lijken in vergelijking met de werkelijke grootte die we deze structuren vandaag zien.

Maar dat zijn ze niet. Naar beste vermogen, ESA's Planck-ruimtetelescoop, kan helemaal geen vervorming ontdekken. Het universum is plat.

We zullen, dat is niet helemaal waar. Volgens de beste metingen die astronomen ooit hebben kunnen maken, de kromming van het universum valt binnen een reeks foutbalken die aangeven dat het plat is. Toekomstige waarnemingen door een of andere super Planck-telescoop kunnen een lichte kromming vertonen, maar voor nu, de beste metingen die er zijn zeggen ... plat.

We zeggen dat het heelal plat is, en dit betekent dat evenwijdige lijnen altijd evenwijdig zullen blijven. Bochten van 90 graden gedragen zich als echte bochten van 90 graden, en alles heeft zin.

Maar wat zijn de implicaties voor het hele universum? Wat zegt dit ons?

Helaas, het belangrijkste is wat het ons niet vertelt. We weten nog steeds niet of het heelal eindig of oneindig is. Als we de kromming zouden kunnen meten, we zouden kunnen weten dat we ons in een eindig universum bevinden, en een idee krijgen van wat de werkelijke grootte is, buiten het waarneembare heelal dat we kunnen meten.

We weten dat het volume van het heelal minstens 100 keer groter is dan we kunnen waarnemen. Minstens. Als de vlakheidsfoutbalken naar beneden worden gehaald, de minimale grootte van het heelal stijgt.

En onthoud, een oneindig universum ligt nog steeds op tafel.

Een ander ding dat dit doet, is dat het eigenlijk een probleem veroorzaakt voor de originele oerknaltheorie, die de ontwikkeling van een theorie zoals inflatie vereisen.

Omdat het heelal nu plat is, het moet in het verleden plat zijn geweest, toen het universum een ​​ongelooflijk dichte singulariteit was. En om dit niveau van vlakheid te behouden gedurende 13,8 miljard jaar expansie, in een soort van verbazingwekkend.

In feite, astronomen schatten dat het heelal plat moet zijn geweest tot op 1 deeltje binnen 1×10 ⁵⁷ onderdelen.

Wat een waanzinnig toeval lijkt. De ontwikkeling van de inflatie, echter, lost dit op, door het heelal een onbegrijpelijke hoeveelheid uit te dijen momenten na de oerknal. Universums voor en na inflatie kunnen enorm verschillende niveaus van kromming hebben.

In vroeger tijden, kosmologen zeiden altijd dat de vlakheid van het heelal gevolgen had voor de toekomst. Als het universum zo gekromd was dat je een volledige reis zou kunnen maken met minder dan vier bochten, dat betekende dat het gesloten was en voorbestemd was om in te storten.

En het waren meer dan vier beurten, het was open en voorbestemd om voor altijd uit te breiden.

We zullen, dat maakt eigenlijk niet meer uit. In 1998, de astronomen ontdekten donkere energie, dat is deze mysterieuze kracht die de uitdijing van het universum versnelt. Of het universum nu open is, gesloten of plat, het zal blijven uitbreiden. In feite, die expansie gaat versnellen, voor altijd.

Ik hoop dat dit je een beetje meer begrip geeft van wat kosmologen bedoelen als ze zeggen dat het universum plat is. En hoe weten we dat het plat is? Zeer nauwkeurige metingen in de kosmische achtergrondstraling van microgolven.