Hoe elegant je theorie ook is, experimentele gegevens hebben het laatste woord. Waarnemingen van de retrograde beweging van de planeten waren fundamenteel voor de Copernicaanse revolutie, waarin de zon de aarde verving in het centrum van het zonnestelsel. En de ongebruikelijke baan van Mercurius zorgde voor een spectaculaire bevestiging van de algemene relativiteitstheorie. In feite, ons hele begrip van het universum is gebaseerd op waargenomen, onverwachte afwijkingen.

Nu onze nieuwe krant, gepubliceerd in Natuurastronomie , tot een conclusie is gekomen die, indien bevestigd, een crisis in de kosmologie kan ontketenen. We laten zien dat de vorm van het heelal misschien eerder gekromd dan plat is, zoals eerder werd gedacht - met een waarschijnlijkheid groter dan 99%. In een gekromd universum, in welke richting je ook reist, je komt uit op het startpunt - net als op een bol. Hoewel het universum vier dimensies heeft, inclusief tijd.

Het resultaat was gebaseerd op recente metingen van de Cosmic Microwave Background, het licht dat overblijft van de oerknal, verzameld door de Planck-satelliet. Volgens de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein, massa vervormt ruimte en tijd eromheen. Als resultaat, lichtstralen nemen een schijnbare draai rond een massief object in plaats van in een rechte lijn te reizen - een effect dat bekend staat als zwaartekrachtlensing.

Er is veel meer van dergelijke lenzen in de Planck-gegevens dan er zou moeten zijn, wat betekent dat het universum meer donkere materie zou kunnen bevatten - een onzichtbare en onbekende substantie - dan we denken. In onze studie, we hebben laten zien dat een gesloten universum hiervoor een fysieke verklaring kan bieden, omdat het veel meer donkere materie kan bevatten dan een plat universum. Zo'n universum is perfect verenigbaar met de algemene relativiteitstheorie.

Grote hoofdpijn

Niet alle kosmologen zijn echter overtuigd van een gesloten universum - eerdere studies hebben gesuggereerd dat de kosmos inderdaad plat is. En als een bolvormig universum een ​​oplossing is voor de lensafwijking, dan hebben we te maken met een aantal belangrijke gevolgen. Allereerst, we moeten een fundamentele hoeksteen van de kosmologie herzien:de theorie van kosmologische inflatie. Inflatie beschrijft de eerste momenten na de oerknal, het voorspellen van een periode van exponentiële expansie voor het oeruniversum.

De theorie is in de afgelopen 40 jaar ontwikkeld om te verklaren waarom verre delen van het universum er hetzelfde uitzien en dezelfde temperatuur hebben, wanneer ze te ver van elkaar verwijderd zijn om ooit contact te hebben gehad. Inflatie lost het probleem op omdat het betekent dat verafgelegen gebieden van het universum ooit met elkaar verbonden zouden zijn geweest. Maar men denkt ook dat de periode van snelle expansie die deze regio's uit elkaar heeft geslingerd, ook het heelal met voortreffelijke precisie tot vlakheid heeft gebracht.

Als het heelal gesloten is, standaardinflatie is in de problemen. En dat betekent dat we onze standaardverklaring verliezen voor waarom het universum de structuur heeft die het heeft.

Als we aannemen dat het heelal gekromd is, de Planck-gegevens zijn in wezen in tegenspraak met alle andere datasets. Dit komt allemaal neer op een echte crisis voor de kosmologie, zoals we in onze krant zeggen. Om deze redenen, kosmologen zijn voorzichtig - en velen van hen schrijven de resultaten liever toe aan een statistische toevalstreffer die zal verdwijnen wanneer nieuwe gegevens van toekomstige experimenten beschikbaar zijn.

Kunnen we het mis hebben?

Het is zeker mogelijk dat we het bij het verkeerde eind hebben. Maar er is een belangrijke reden, naar onze mening, waarom deze anomalie niet zomaar moet worden weggegooid. In de deeltjesfysica, een ontdekking moet een nauwkeurigheid van ten minste vijf "sigma's" bereiken om door de gemeenschap te worden geaccepteerd. Hier zijn we iets boven drie sigma's, dus we zitten duidelijk onder dit acceptatieniveau. Maar terwijl het standaardmodel van deeltjesfysica gebaseerd is op bekende en bewezen fysica, het standaard kosmologische model is gebaseerd op onbekende fysica.

Momenteel, het fysieke bewijs voor de drie pijlers van de kosmologie:donkere materie, donkere energie (waardoor het heelal in een versneld tempo uitdijt) en inflatie - komen uitsluitend voort uit de kosmologie. Hun bestaan ​​kan veel astrofysische waarnemingen verklaren.

Maar ze worden ook niet verwacht in het standaardmodel van de deeltjesfysica dat het universum op de kleinste schalen regeert, of in de algemene relativiteitstheorie die op de grote schalen werkt. In plaats daarvan, deze stoffen behoren tot het gebied van de onbekende natuurkunde. Niemand heeft ooit donkere materie gezien, donkere energie of inflatie - in het laboratorium of elders.

Dus hoewel een anomalie in de deeltjesfysica kan worden beschouwd als een hint dat we misschien een volledig nieuwe fysica moeten uitvinden, een anomalie in de kosmologie moet worden beschouwd als de enige manier waarop we licht kunnen werpen op volledig onbekende natuurkunde.

Daarom, het meest interessante resultaat van ons artikel is niet dat het universum eerder gekromd dan plat lijkt te zijn, maar het feit dat het ons kan dwingen om de stukjes van de kosmische puzzel op een heel andere manier te herschikken.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.