Maggio 13, 2024 a 9: 00 am
Il cosmo può avere qualcosa in comune con una ciambella.
Oltre alla loro bontà fritta e zuccherina, le ciambelle sono note per la loro forma o, in termini matematici, per la loro topologia. In un universo con una topologia analoga e complessa, potresti viaggiare attraverso il cosmo e tornare al punto di partenza. Un tale cosmo non è ancora stato escluso, riferiscono i fisici nelle Physical Review Letters del 26 aprile.
In una forma con topologia noiosa o banale, qualsiasi tracciato chiuso disegnato può essere ridotto a un punto. Ad esempio, prendi in considerazione l’idea di viaggiare intorno alla Terra. Se dovessi fare tutto il giro dell’equatore, questo è un circuito chiuso, ma potresti schiacciarlo spostando il tuo viaggio fino al Polo Nord. Ma la superficie di una ciambella ha una topologia complessa, o non banale, (SN: 10/4/16). Un anello che circonda il foro della ciambella, ad esempio, non può essere rimpicciolito, perché il foro limita la distanza in cui puoi schiacciarlo.
Si ritiene generalmente che l’universo abbia una topologia banale. Ma questo non è noto con certezza, sostengono i ricercatori.
“Lo trovo affascinante… la possibilità che l’universo possa avere topologie non banali o di diverso tipo, e poi soprattutto il fatto che pensiamo di poter essere in grado di misurarlo”, afferma il cosmologo Dragan Huterer dell’Università del Michigan ad Ann Arbor, che non è stato coinvolto nello studio.
Un universo con una topologia non banale potrebbe essere un po’ come Pac-Man. Nel classico gioco arcade, spostandosi fino al bordo destro dello schermo si riporta il personaggio sul lato sinistro. Allo stesso modo, un viaggio di Pac-Man che attraversa lo schermo e riporta il personaggio al punto di partenza non può essere rimpicciolito.
Gli scienziati hanno già cercato segni di una topologia complessa nella radiazione cosmica di fondo, luce di quando l’universo aveva solo 380.000 anni. A causa del modo in cui lo spazio si riavvolge su se stesso in un universo con una topologia non banale, gli scienziati potrebbero essere in grado di osservare la stessa caratteristica in più di un luogo. I ricercatori hanno cercato cerchi identici che appaiono in quella luce in due luoghi diversi del cielo. Hanno anche cercato sottili correlazioni, o somiglianze, tra luoghi diversi, piuttosto che corrispondenze identiche.
Queste ricerche non hanno prodotto alcuna prova di una topologia complessa. Ma, sostengono il fisico teorico Glenn Starkman e colleghi, c’è ancora la possibilità che l’universo abbia qualcosa in comune con una ciambella. Questo perché la ricerca precedente ha preso in considerazione solo un piccolo sottoinsieme delle possibili topologie che l’universo potrebbe avere.
Questo sottoinsieme include un tipo di topologia non banale chiamata 3-toroide, un cubo che si riavvolge su se stesso come una versione 3-D dello schermo di Pac-Man. In una topologia di questo tipo, l’uscita da qualsiasi lato di quel cubo riporta al lato opposto. Le ricerche di quel semplice 3-toroide sono andate a vuoto. Ma gli scienziati non hanno ancora cercato alcune variazioni del 3-toroide. Ad esempio, i lati del cubo potrebbero essere attorcigliati l’uno rispetto all’altro. In un universo del genere, uscire dalla cima del cubo ti riporterebbe in fondo, ma ruotato, ad esempio, di 180 gradi.
Il nuovo studio ha preso in considerazione un totale di 17 possibili topologie non banali per il cosmo. La maggior parte di queste topologie, hanno stabilito gli autori, non sono ancora state escluse. Lo studio ha valutato le firme che apparirebbero nella radiazione cosmica di fondo per diversi tipi di topologie. Le analisi future di quell’antica luce potrebbero rivelare indizi di queste topologie complesse, hanno scoperto i ricercatori.
È probabile che la ricerca sia impegnativa dal punto di vista computazionale, probabilmente richiedendo tecniche di apprendimento automatico per velocizzare i calcoli. I ricercatori hanno anche in programma di cercare segni di topologia non banale nei prossimi dati provenienti da indagini sulla distribuzione delle galassie nel cosmo, ad esempio dal telescopio spaziale Euclid dell’Agenzia spaziale europea (SN: 20/12/23).
C’è una buona motivazione per cercare una topologia non banale, dice Starkman, della Case Western Reserve University di Cleveland. Alcune caratteristiche della radiazione cosmica di fondo suggeriscono che l’universo non è lo stesso in tutte le direzioni (SN: 23/12/08). Questo tipo di asimmetria potrebbe essere spiegata da una topologia non banale. E questa asimmetria, dice Starkman, è “uno dei più grandi nuovi misteri dell’universo che non è scomparso”.
Domande o commenti su questo articolo? Inviaci un’e-mail all’indirizzo feedback@sciencenews.org | Domande frequenti sulle ristampe
Una versione di questo articolo è apparsa nel numero del 15 giugno 2024 di Science News.
Citazioni
Y. Akrami et al. Promessa di future ricerche per la topologia cosmica. Lettere di revisione fisica. Vol. 132, 26 aprile 2024, 171501. doi: 10.1103/PhysRevLett.132.171501.