الكون بحر لا نهاية له على ما يبدو مليء بالنجوم والمجرات والسدم. في ذلك ، نرى أنماطًا وأبراجًا ألهمت القصص عبر التاريخ. ولكن هناك نمط كوني واحد ما زلنا لا نفهمه. سؤال يبقى دون إجابة: ما هو شكل الكون؟ كنا نظن أننا نعرف ذلك ، لكن الأبحاث الجديدة تشير إلى خلاف ذلك ، ويمكن أن تشير إلى أزمة في علم الكونيات.
يعتقد العديد من علماء الفلك الأوائل أن الكون عبارة عن مجال من النجوم ، يحيط بالنظام الشمسي ويركز على أرض ثابتة غير متحركة. ولكن على مر القرون ، وجد علماء الفلك أن شمسنا كانت مجرد واحدة من مليارات المرات داخل المجرة ، وكان هناك عدد لا يحصى من المجرات المنتشرة عبر مليارات السنين الضوئية من الفضاء. بدت مسألة شكل الخلق نقطة خلافية. كانت النجوم والمجرات موجودة في مساحة فارغة. ما يمكن أن يكون الفضاء سوى قماش فارغ: مسطح ، إقليدي ، وخالي من الهيكل.
ثم في أوائل القرن العشرين ، طور ألبرت أينشتاين نظريته في النسبية العامة. في ذلك ، لم تكن المساحة لوحة قماشية فارغة. يمكن أن ينحني ويمتد ، ويلوي ويتشوه ، بناءً على موقع وحركة الكتلة في الكون. تسببت هذه التشوهات المكانية في انحراف الضوء والمادة ، مما تسبب في التأثير الذي نسميه الجاذبية. مع النسبية ، يمكن أن يتخذ الفضاء أشكالًا مختلفة. كان من الممكن حينذاك أن يكون للكون شكل كوني شامل ، تمامًا مثلما تكون الأرض بشكل عام مستديرة.
على نطاق واسع جدًا ، ستسمح النسبية العامة للكون أن يكون له أحد الأشكال الثلاثة: مسطحة أو مغلقة أو مفتوحة.
Flat هي الطريقة التي نفكر بها في الفضاء في حياتنا اليومية. إنها المساحة الإقليدية التي نتعلمها في المدرسة. يمتد الفضاء المسطح بالتساوي في جميع الاتجاهات ، وسيظل شعاعان متوازيان من الضوء متوازيين إلى الأبد.
يمكن تخيل الفضاء المفتوح على شكل سرج. ينحني بطريقة تبتعد عند امتدادك للخارج. شعاعان من الضوء الموازي في البداية سينتشران تدريجياً ، ويتحولان قليلاً عن بعضهما البعض عندما يجتازان الكون.
المساحة المغلقة كروية بشكل عام. تتقارب مع امتدادها ، بحيث تلتقي الحزم المتوازية للضوء في النهاية وتعبر بعضها البعض ، مثل خطوط الطول على الأرض.
وتجدر الإشارة إلى أنه لا يجب على أي من هؤلاء التعامل مع حقيقة أن الكون ككل يتوسع. يعني التوسع الكوني أن النقاط في الفضاء تنتشر مع مرور الوقت. يتعامل شكل الكون مع شكل الفضاء. يمكن أن يتمدد البالون الكروي عندما يكون منتفخًا ، تمامًا مثلما يمكن شد لوح المطاط المسطح ويبقى مسطحًا. لذا يمكن أن يكون الكون المتمدد مسطحًا أو مفتوحًا أو مغلقًا.
بما أن انحناء الفضاء يتأثر بوجود الكتلة ، فإن الشكل العام للكون يعتمد على متوسط كثافة المادة داخله. في النسبية العامة ، يتم إعطاء هذه القيمة من خلال معلمة الكثافة ، وهي نسبة الكثافة المرصودة إلى "الكثافة الحرجة" اللازمة لكي يكون الكون مسطحًا. إذا كانت معلمة الكثافة 1 ، فإن الكون مسطح. إذا كان أكبر من 1 فإنه مغلق ، وهو مفتوح إذا كانت معلمة الكثافة أقل من 1. لقد أعطت قياسات الكثافة الكونية باستمرار قيمة 1. إلى حدود المراقبة ، الكون مسطح ، كما كنا نشك منذ فترة طويلة .
ولكن هناك طريقة أخرى لقياس شكل الكون ، وهي النظر إلى الحجم الظاهري للأجسام البعيدة جدًا. كل ذلك يعود إلى سلوك أشعة الضوء المتوازية. في الكون المسطح ، تبقى الخطوط المتوازية متوازية ، لذا فإن الضوء القادم من جانبي مجرة بعيدة يصل إلينا في خط مستقيم. تبقى زواياها بالنسبة لبعضها البعض كما هي ، وبالتالي تظهر المجرة بحجمها الحقيقي.
إذا كان الكون مفتوحًا ، تتباعد الخطوط المتوازية مع المسافة. لذا يصبح ضوء مجرتنا البعيدة أكثر توازنا عندما يصل إلينا. هذا يعني أن المجرة ستبدو أصغر مما هي عليه. إذا تم إغلاق الكون ، يحدث الانحناء المعاكس للضوء ، وستظهر المجرة أكبر مما هي عليه.
في ورقة جديدة نشرت في طبيعة، لم ينظر الفريق إلى المجرات ، بل التقلبات في الخلفية الميكروية الكونية (CMB). ال CMB هو الضوء المتبقي من الانفجار الكبير ، وهو الضوء البعيد الذي يمكننا رؤيته في الكون. وبسبب هذا ، هو الضوء الأكثر تأثراً بشكل الكون. حجم التقلبات في CMB يتم تحديده من خلال كمية المادة المظلمة والطاقة المظلمة في الكون ، والتي نعرفها ، لذلك نحن نعرف حجم التقلبات التي يجب أن تظهر. عندما حلل الفريق CMB البيانات من مركبة الفضاء بلانك ، وجدوا أن التقلبات كانت أكبر من المتوقع. وهذا يعني أنه في ظل اليقين بنسبة 99٪ ، يكون الكون مغلقًا وليس مسطحًا.
يتناقض هذا البحث الجديد مع العديد من الدراسات السابقة التي أظهرت أن الكون مسطح. قد يكون هناك بعض الأخطاء المنهجية في بيانات بلانك التي تجعل الكون يبدو منحنيًا ، ولكن إذا كان البحث دقيقًا ، فهذا يشير إلى وجود فجوة في فهمنا. في الوقت الحالي ، شكل الكون غير واضح.
مصدر: دليل بلانك لكون مغلق وأزمة محتملة لعلم الكونيات ، بقلم دي فالنتينو ، إي ، وآخرون.
