New results concerning the curvature of the Universe

على مدار قرن من الزمان، طرح علماء الكونيات سؤالاً واحداً بسيطاً في ظاهره: ما هو شكل الكون؟ تعتمد الإجابة على مقدار المادة والطاقة الموجودة داخل الفراغ الكوني. فإذا كانت الكثافة مضبوطة تماماً، يكون الفضاء مسطحاً، مثل ورقة لا نهاية لها حيث لا تلتقي الخطوط المتوازية أبداً، وتجمع زوايا مثلث ضخم مئة وثمانين درجة بالضبط. وإذا كان هناك مادة أقل مما ينبغي، ينحني الفضاء للخارج مثل السرج، وتجمع تلك الزوايا أقل من مئة وثمانين درجة. أما إذا كان هناك فائض في المادة، فينحني الفضاء للداخل مثل سطح كرة، حيث تتقاطع الخطوط المتوازية في النهاية وتتجاوز زوايا المثلث مئة وثمانين درجة. تملي هذه الهندسة المصير النهائي لكل ما نراه؛ فالكون المسطح أو المفتوح سيتمدد إلى الأبد، بينما الكون المغلق الكروي قد يتوقف عن التمدد في النهاية وينهار على نفسه مرة أخرى. لعقود من الزمن، أشارت القياسات إلى أن الكون مسطح، لكن بيانات جديدة ونظرية جديدة جذرية تجبر العلماء على إعادة النظر فيما إذا كنا نعيش بالفعل في كرة مغلقة متناهية.

لقد جمع فريق من الباحثين أدلة جديدة للمرافعة بأن الكون مغلق بالفعل، ويمتلك انحناءً موجباً يشبه سطح الكرة. يبدأ عملهم بالنظر إلى أدق الخرائط التي نمتلكها للكون، والتي أُنشئت بواسطة قمر "بلانك" الصناعي. وبينما أشارت التفسيرات السابقة لهذه البيانات نحو كون مسطح، يسلط المؤلفون الضوء على أنه عندما يتم تعديل بعض القياسات المعقدة، تتغير النتائج. تُظهر بيانات القمر الصناعي الآن تفضيلاً طفيفاً ولكن جوهرياً لكون مغلق، مع معامل انحناء موجب بدلاً من الصفر. وهذه الإشارة التجريبية مدعومة بسلسة من الحجج النظرية التي تشير إلى أن الكون المسطح أو المفتوح لا يمكن أن يوجد دون انتهاك القوانين الأساسية للفيزياء. وتحديداً، يشير الباحثون إلى أن الكون الذي يكون مسطحاً أو مفتوحاً لا يمكن أن يكون سلساً ومكتملاً في آن واحد دون كسر قاعدة تتعلق بكيفية سلوك الطاقة على طول مسار الضوء. فقط الكون المغلق يستوفي هذه المتطلبات الرياضية الصارمة، مما يسمح بوجود كون خالٍ من النقاط اللانهائية حيث تنهار الفيزياء عادةً.

تقدم الورقة إطاراً جديداً يسمى "نموذج الحلقة" (ring paradigm) لتفسير سبب ضرورة هذا الشكل المغلق. في هذه الرؤية، ليست الجاذبية قوة عادية، بل هي تفاعل تحمله حلقات دقيقة أحادية البعد تتخلل كل الفضاء. تعمل هذه الحلقات كبنات بناء أساسية للكون، وهي تهتز لتخلق ما ندركه كجاذبية. ولأن هذه الحلقات لها سرعة قصوى يمكنها بها التكون والتحرك، فلا يمكن أن يكون الكون لانهائياً في الحجم. فلو كان الفضاء لانهائياً، لكانت السرعة المطلوبة لربط هذه الحلقات بين النقاط البعيدة سرعة لانهائية، وهو أمر مستحيل. وبدلاً من ذلك، يجب أن يكون للكون قطر محدود، وإن كان شاسعاً بشكل لا يتخيله عقل. ويشير هذا النظرية أيضاً إلى أن الكون قد يكون دورياً، يتمدد وينكمش عبر تريليونات السنين، وهي عملية تتناسب بدقة مع قيود الشكل المغلق الكروي.

بعيداً عن شكل الكون، تقدم هذه النظرية الجديدة حلولاً لبعض أعقد ألغاز الفيزياء. يقترح الباحثون أن الحلقات الجاذبية تحل لغز الثقوب السوداء من خلال السماح للمعلومات بالهروب، مما يتجنب المفارقة التي تبدو فيها البيانات وكأنها تتلاشى للأبد. كما يشيرون إلى أن السلوك الغريب للجسيمات الكمومية، الذي يبدو غالباً عشوائياً، هو في الواقع محكوم بالمسارات التي ترسمها هذه الحلقات. في هذه الصورة، يتصرف الكون بشكل كلاسيكي عند مستوياته العليا، حيث تنبثق عشوائية ميكانيكا الكم من البنية الأساسية لهذه الحلقات. بل وتقترح النظرية أن الزمن نفسه قد يعكس اتجاهه إذا توقف الكون عن التمدد وبدأ في الانكماش، مما يربط تدفق الزمن مباشرة بهندسة الفضاء.

وبينما تتحدى فكرة الكون المغلق الاعتقاد السائد منذ فترة طويلة بأن الفضاء مسطح، يؤكد المؤلفون أن هذا الاستنتاج ليس برهاناً نهائياً بعد. فالأدلة تأتي من مزيج من إعادة فحص بيانات الأقمار الصناعية وتطبيق نظرية جديدة غير مختبرة للجاذبية الكمومية. تشير النماذج الرياضية إلى أن الكون المغلق هو الخيار الوحيد الذي يتجنب التفردات ويستوفي قوانين الطاقة، لكن النظرية تعتمد على مفاهيم لم يتم رصدها مباشرة بعد. إن السرعة التي تتحرك بها هذه الحلقات الجاذبية عالية جداً لدرجة أنها تتجاوز قدرة أي أداة حالية أو مخططة، مما يجعل القياس المباشر مستحيلاً في الوقت الراهن. ومع ذلك، فإن اتساق النظرية مع البيانات الموجودة وقدرتها على حل مشكلات متعددة في آن واحد يجعلها فرضية مقنعة. قد يكون الكون كرة متناهية، حلقة مغلقة شاسعة، حيث تملي هندسة الفضاء مصير كل مادة وطاقة بداخلها.