היקום הוא ים אינסופי לכאורה ומלא בכוכבים, גלקסיות וערפיליות. בתוכה אנו רואים דפוסים וקבוצות קונסטלציה ששימשו השראה לסיפורים לאורך ההיסטוריה. אבל יש דפוס קוסמי אחד שאנחנו עדיין לא מבינים. שאלה שנותרה ללא מענה: מהי צורת היקום? חשבנו שאנחנו יודעים, אבל מחקרים חדשים מרמזים אחרת, וזה יכול להצביע על משבר בקוסמולוגיה.
אסטרונומים מוקדמים רבים סברו כי היקום הוא תחום של כוכבים, וסגר את מערכת השמש ומרכזו כדור הארץ קבוע ולא מתנועע. אולם לאורך מאות השנים אסטרונומים גילו שהשמש שלנו הייתה רק אחת ממיליארדים בתוך גלקסיה, והיו אינספור גלקסיות המפוזרות על פני מיליארדי שנות אור. שאלת צורת הבריאה נראתה נקודה מדומה. כוכבים וגלקסיות היו קיימים בתוך שטח ריק. מה יכול להיות בחלל רק בד ריק: שטוח, אוקלידי ונטול מבנה.
ואז בתחילת המאה העשרים פיתח אלברט אינשטיין את תורת היחסות הכללית שלו. בתוכו החלל לא היה בד ריק. זה יכול להתכופף ולמתוח, להתפתל ולעוות, בהתבסס על מיקום ותנועת המסה ביקום. עיוותים מרחביים אלה הסיטו את האור והחומר וגרמו לתוצאה שאנו מכנים כוח משיכה. עם היחסות, החלל יכול היה לקבל צורות שונות. ייתכן יתכן שהיקום יכול להיות בעל צורה קוסמית כוללת, ממש כמו כדור הארץ, בסך הכל, עגול.
באופן רחב מאוד, תורת היחסות הכללית תאפשר ליקום להיות אחת משלוש צורות: שטוח, סגור או פתוח.
שטוח הוא האופן בו אנו חושבים על מרחב בחיי היומיום שלנו. זהו המרחב האוקלידי שאנו לומדים עליו בבית הספר. שטח שטוח משתרע באופן שווה לכל הכיוונים, ושתי קרני אור מקבילות יישארו מקבילות לנצח.
ניתן לדמיין חלל פתוח כצורת אוכף. זה מתכופף בצורה כזו שהוא מתבדל כשאתה משתרע כלפי חוץ. שתי קרני אור במקור במקור היו מתפשטות בהדרגה, מתרחקות מעט זו מזו כשהן חוצות את הקוסמוס.
שטח סגור הוא בדרך כלל כדורי. הוא מתכנס כשהוא מתארך כך שקורות אור מקבילות יפגשו בסופו של דבר וחוצות זו את זו, כמו קווי אורך על פני כדור הארץ.
יש להזכיר שאף אחד מאלו לא צריך להתמודד עם העובדה שהיקום בכללותו מתרחב. התרחבות קוסמית פירושה שנקודות בחלל מתפשטות לאורך זמן. צורת היקום עוסקת בצורת החלל. בלון כדורי יכול להתרחב כשהוא מנופח, בדיוק כמו שניתן למתוח יריעת גומי שטוחה ולהישאר שטוחה. כך שהיקום המתרחב שלנו יכול להיות שטוח, פתוח או סגור.
מכיוון שעיקול החלל מושפע מנוכחות המסה, צורתו הכללית של היקום תלויה בצפיפות הממוצעת של החומר שבתוכו. בתורת היחסות הכללית ערך זה ניתן על ידי פרמטר הצפיפות, שהוא היחס בין הצפיפות הנצפית ל"צפיפות קריטית "הדרושה ליקום שטוח. אם פרמטר הצפיפות הוא 1, היקום הוא שטוח. אם הוא גדול מ -1 הוא סגור, והוא פתוח אם פרמטר הצפיפות הוא פחות מ 1. מדידות של צפיפות קוסמית נתנו באופן קבוע ערך של 1. לגבולות ההתבוננות, היקום שטוח, כפי שכבר מזמן חשדנו .
אבל יש דרך נוספת למדוד את צורת הקוסמוס, וזה להסתכל על הגודל לכאורה של עצמים רחוקים מאוד. הכל חוזר להתנהגות של קרני אור מקבילות. ביקום שטוח, קווים מקבילים נשארים מקבילים, כך שאור המגיע משני צידי גלקסיה רחוקה מגיע אלינו בקו ישר. הזוויות שלהם יחסית זו לזו נשארות זהות, וכך הגלקסיה נראית כגודל האמיתי שלה.
אם היקום פתוח, קווי מקבילים מתפזרים עם המרחק. כך האור מהגלקסיה הרחוקה שלנו הופך להיות מקביל יותר ככל שהוא מגיע אלינו. המשמעות היא שהגלקסיה תיראה קטנה מכפי שהיא. אם היקום סגור, מתרחשת כיפוף האור ההפוך, והגלקסיה הייתה נראית גדולה ממנה.
במאמר חדש שפורסם ב טבעצוות לא הביט על גלקסיות, אלא על תנודות ברקע המיקרוגל הקוסמי (CMB). ה CMB הוא האור השרידי מהמפץ הגדול, והוא האור הכי רחוק שאנו יכולים לראות ביקום. בגלל זה, זה האור המושפע ביותר מצורת היקום. סולם התנודות באזור CMB נקבע על ידי כמות החומר האפל והאנרגיה האפלה ביקום, שאנו מכירים, כך שאנו יודעים כמה גדולים התנודות צריכות להופיע. כאשר הצוות ניתח את CMB מנתוני חללית פלאנק הם מצאו כי התנודות היו גדולות מהצפוי. המשמעות היא שבתוך 99% וודאות היקום סגור, לא שטוח.
מחקר חדש זה סותר מספר מחקרים קודמים המראים שהיקום הוא שטוח. יכול להיות שיש שגיאה שיטתית כלשהי בנתוני פלאנק הגורמים ליקום להיראות מעוקל, אך אם המחקר מדויק הוא מצביע על פער בהבנתנו. לעת עתה, צורת היקום אינה ברורה.
מקור: עדויות פלאנק ליקום סגור ומשבר אפשרי לקוסמולוגיה מאת Di Valentino, E., et al.
